光学波束形成网络相对于传统电学波束形成网络具有带宽大、传输损耗小、抗电磁干扰等特性。国内在多通道射频信号输入情况下,基于色散光纤体制的光学波束形成网络的插损变化规律研究较少。假设光子探测器达到饱和阈值的前提下,分别计算了单通道微波光子链路与双通道光学波束形成网络的插损。推导得到,随着输入射频通道数的成倍增加,采用色散光纤体制的光学波束形成网络的插损也成倍增加。搭建了实验系统,发现当输入射频通道数为2、4、8、16时,对应插损分别为-26.0 dB、-30.8 dB、-34.3 dB、-46.0 dB。

将光纤布拉格光栅(FBG)粘贴在超磁致伸缩材料(GMM)上,两端加永磁体材料建立偏置磁场以确定系统静态磁场工作点,采用环氧树脂密封绝缘,放置在电流形成的磁场中,构成光纤电流传感器.利用光纤迈克尔逊干涉仪线性边带对光纤光栅交变应变解调,实现了对交流电流信号的检测.实验测得,在传感器线性输出范围内,可探测到的最大线性电流幅值为1700 A,传感系统电平/电流灵敏度为0.68 mV/A.该电流传感装置具有结构简单,体积小,成本低,为今后电力系统中电流检测装置的研制提供了一种选择.

对非平衡光纤迈克耳孙干涉仪(MI)粘接在压电陶瓷块(PZT)表面的体系施加交流电压，构成光学电压传感器。PZT 产生的压电形变传递给MI，利用可调谐光纤F-P 滤波器对MI 输出光强变化进行解调，从而获得被测交流电压信号。实验结果表明，该传感器对交流电压具有良好的线性响应。同时，针对可调谐光纤F-P 滤波器的调节精度、MI 的消光比对系统探测精度的影响进行探讨。

在白光保偏光纤(PMF)偏振耦合系统中，光纤双折射色散会引起干涉条纹包络随着光纤长度展宽，从而导致空间分辨率降低，光纤测量范围变小。为了减小双折射色散的影响，提出一种基于频域变换的色散相位补偿方法，通过干涉主极大包络与耦合点包络的宽度比求得相位补偿因子，并与非线性色散相位谱相乘，通过傅里叶逆变换得到色散补偿信号。实验分别对400 m和1000 m PMF进行了测试，得到光纤双折射色散系数为0.0116×10-9 ps/(nm·km)，将测试系统对PMF 1000 m处耦合点的空间分辨率由62.85 cm提高到6.03 cm，实现了对长距离PMF偏振耦合系统的动态色散补偿。

理论分析了偏振模式耦合的原理，给出了基于白光干涉的偏振耦合检测方法。通过步进电机控制迈克耳孙干涉仪扫描臂的反射镜移动，改变干涉仪两臂之间的光程差(OPD)，补偿了由于偏振耦合而形成的两偏振光从保偏光纤(PMF)出射时的光程差，实现了对保偏光纤的偏振耦合强度和位置的测试。扫描过程中扫描臂反射镜的振动会对输出信号产生不良影响，对此振动信号进行了仿真及实验研究，分析了它对输出信号的影响。在不同的扫描速度下，采用Hilbert变换和最小二乘高斯非线性回归分析提取白光干涉包络，求解耦合强度，验证了振动信号的幅度和频率与扫描速度有关，以及它对耦合强度检测精度的影响。结果表明该测试系统动镜的扫描速度在0.7~0.9 mm/s时，偏振耦合强度的检测误差最小。

理论分析了基于白光干涉的保偏光纤偏振模式耦合检测原理, 并以迈克尔逊干涉仪对保偏光纤的偏振耦合的耦合强度和耦合点的位置进行了测试。由于机械式扫描干涉仪和信号处理电路会受到环境干扰和各种噪声的影响, 限制了系统偏振耦合检测的灵敏度, 应用小波变换对检测信号进行了分析, 采用软阈值方法降噪处理, 有效地去除了各种干扰和噪声, 提高了干涉信号的信噪比3.2dB, 耦合强度测试灵敏度也相应地得到了提高, 增强了测试系统检测微弱偏振耦合的能力。

从理论和实验两个方面分析并验证了白光偏振耦合分布式保偏光纤传感器探测灵敏度与光纤双折射色散的关系。提出了一种色散补偿耦合强度的计算方法。该方法在忽略光传输中微弱损耗情况下, 利用耦合点干涉包络面积在存在双折射色散情况下仍然保持不变这一特性, 通过对干涉包络进行希尔伯特(Hilbert)包络提取和最小二乘非线性拟合得到干涉包络的面积, 从而获得经过色散补偿后的偏振耦合强度值。实验结果表明, 该色散补偿算法具有很高的准确性, 尤其对短光纤, 绝对偏差小于0.63 dB。

基于保偏光纤(PMF)偏振耦合原理设计了分布式保偏光纤应力传感系统。对一长为1050 m的保偏光纤进行了实验，确定了系统的测量灵敏度和空间分辨率。测试了耦合强度与应力大小的关系及温度对系统的影响。实验结果表明，该传感系统能检测大于1000 m的保偏光纤，测量灵敏度和空间分辨率随光纤长度的增加而逐渐衰减,温度低于100 ℃时，其波动对测量影响很小。从理论上分析了保偏光纤双折射色散对系统的影响。通过旋转半波片调节检偏器检偏角提高了系统测量灵敏度,通过优化检偏角，系统测量灵敏度为85 dB，最大空间分辨率为98 mm。

本文介绍了天津大学在光纤传感技术研究领域的最新进展。主要为:基于白光干涉实现了非本征光纤法珀和FBG 并行解调,法珀腔长测量误差0.81 μm,FBG 波长测量误差14 pm;基于光纤有源内腔结构实现了乙炔气体传感,灵敏度优于100 ppm;基于保偏光纤实现了分布式传感,灵敏度可达6 cm;基于边缘滤波器开发了光纤光栅解调仪,波长分辨力可达1.2 pm,扫描速率超过200 kHz;采用全光纤OCT 技术实现了牙齿模型的二维、三维扫描;实现了光纤陀螺光纤环的温度、振动等动态特性检测。