提出以单缺陷双边带非线性载流子输运方程描述InP∶Fe中光折变动态光栅的写入过程,通过微扰法将非线性方程线性化,从而求得小调制干涉图样下空间电荷场的稳态解,并用耦合波方程建立空间电荷场与增益系数的关系。研究温度、泵浦光强、外加直流电场和入射角对增益系数的影响。结果表明,增益系数存在温度-光强共振,最佳泵浦光强强烈依赖于晶体工作温度;施加直流电场对增益系数有明显提升作用,在10 kV·cm ^-1范围内增益随外加直流电场增加而线性增加;并且,在温度-光强共振条件下存在最佳入射角。在室温为298 K和外加电场为5 kV·cm ^-1时,最佳泵浦光强为218 mW·cm ^-2,最佳入射角为5°。通过InP∶Fe双波混频实验研究泵浦光强、外加直流电场和入射角对增益系数的影响,实验结果表明,增益系数变化规律与理论预测一致,验证了单缺陷双边带模型的合理性,该研究为Ⅲ-Ⅴ族半导体光折变晶体的双波混频研究提供重要的参考价值。

提出一种基于半导体光放大器的光纤环形激光器动态应变传感器系统。在此传感系统中,将基于半导体光放大器的光纤环形激光器结合光纤布拉格光栅作为光纤激光器的波长选择元件,用来探测外界的动态应变信号。激光腔的外部配置一个不可调谐的光纤法布里-珀罗滤波器作为强度解调器,同时配置光纤带通滤波器,可实现多个光纤光栅反射信号分离输出的功能。实验结果表明,传感系统对动态应变信号有较好的响应,能够测量高达200 kHz的动态应变信号,具备解调MHz频率范围信号的能力,验证了复用解调的可行性。该系统具有结构简单、成本低等特点,可应用于结构健康监测中动态应变信号的检测。

根据动态粒子数光栅形成机理,设计了一种线性双波混频结构的光纤系统。系统中,1490 nm波长分布式反馈(DFB)激光器光源发出的连续激光,通过环形器进入一根3 m长掺铒光纤作为注入光,被与掺铒光纤另一端光学耦合的压电振动镜反射后形成反射光。掺铒光纤中注入光与后向传播的反射光干涉形成驻波场,通过空间烧孔效应沿光纤纵向形成动态粒子数光栅。压电振动镜对反射光波进行相位调制时,环形器反射端口输出的双波混频(TWM)信号可视作输出光波的强度调制。实验中通过此双波混频系统对压电换能器产生的机械振动进行检测,结果表明:光纤双波混频检测系统具有良好的动态响应特性,能够测量50 Hz~10 kHz 的振动信号,采集到的输出信号频率与压电驱动信号频率很好地吻合。

提出一种能实时识别外来撞击声发射信号的被动结构健康监测系统. 此系统使用基于半导体光放大器的光纤布喇格光栅传感系统监测高频动态应变, 动态应变引起的光栅反射谱波长移动转化为相位变化, 并被迈克尔逊干涉仪解调. 在迈克尔逊干涉解调仪中, 使用PID控制器补偿由温度和大的准静态应变引起的低频漂移. 对光程差和布喇格光栅光谱线宽等参量进行了分析和优化. 利用该解调系统成功地对金属板受到撞击时激发的声发射进行了感测, 可获取的动态应变信号频率高达197 kHz.