作者单位
摘要
1 华北电力大学 电气与电子工程学院,河北 保定 071003
2 华北电力大学 河北省电力物联网技术重点实验室,河北 保定 071003
3 华北电力大学 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室,河北 保定 071003
设计了一种新型多层次结构的光子晶体光纤,其纤芯区域由大、小两种椭圆空气孔包围而成,而所有空气孔是沿y轴堆叠排布且关于x轴对称的。利用有限元法对该光纤的二维模型进行数值分析,在施加0~40 MPa的横向压力的情况下将温度的研究范围扩大到−100~100 ℃,在低温高压力的情况下计算不同温度和压力下的双折射频移以研究其温度和压力传感特性。研究表明,该光子晶体光纤的压力灵敏度可以达到1.021 GHz/MPa,其温度灵敏度为0.554 3 MHz/℃,与目前最优的具有“三明治”结构的光子晶体光纤设计的灵敏度为692 MHz/MPa的横向压力传感系统相比提高了328 MHz/MPa,适用于海底、土木等恶劣环境的高精度监测。
光子晶体光纤 布里渊动态光栅 有限元法 横向压力传感 photonic crystal fiber Brillouin dynamic grating finite element method transverse pressure sensing 
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230137
作者单位
摘要
兰州理工大学 理学院, 兰州730050
基于受激布里渊散射和弹性声学理论,给出了布里渊动态光栅理论模型。基于光纤布拉格光栅理论,采用数值模拟的方法计算了布里渊动态光栅的反射谱,证明了布里渊频移引起的布拉格波长下移等于多普勒频移。计算了泵浦功率为0.1~30 W、脉宽为2~10 ns、单模光纤芯径为8~10 μm时的反射率和光谱宽度。当功率增长到30 W、脉宽达到10 ns时,峰值反射率分别达到2.17×10-6和7.16×10-9;反射谱的光谱宽度随着脉冲宽度的增加而减小,当脉冲宽度为10 ns时,最小光谱宽度为1.2×10-4 nm;当纤芯直径减小到8 μm时,反射率增长到6.64×10-11。计算结果表明,布里渊动态光栅的反射率与泵浦波的功率和脉宽呈正相关,与光纤的纤芯直径呈负相关;反射谱的光谱宽度不受泵浦波功率和纤芯直径的影响,但与脉冲宽度呈负相关。
受激布里渊散射 单模光纤 反射谱 光纤光栅 布里渊动态光栅 Stimulated Brillouin scattering Single mode fiber Reflection spectrum Fiber grating Brillouin dynamic grating 
光子学报
2021, 50(7): 59
作者单位
摘要
1 华北电力大学 电气与电子工程学院,河北保定07003
2 华北电力大学 河北省电力物联网技术重点实验室,河北保定071003
3 华北电力大学 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室,河北保定07100
设计了一种新型边孔型保偏光子晶体光纤,在包层中对称地引入两个大空气孔,纤芯区域与大空气孔之间仅有一层小空气孔。由平面应变假设将该模型进行二维简化,利用有限元法对该光纤的二维模型进行数值分析,通过计算不同温度和静压力下的双折射频移以研究其温度和静压力传感特性。研究表明,在较大静压力和温度范围内,该保偏光子晶体光纤无需掺杂任何应力材料就可以实现-2.135 3 GHz/MPa的静压力灵敏度且具有温度不敏感性,其温度灵敏度仅为+0.154 2 MHz/℃。另外,还对该光子晶体光纤的光学特性进行了分析,其满足单模传输条件、具有较小的限制性损耗和较大的有效模场面积。由于具有体积小、与其他光纤兼容度强、静压力灵敏度高、温度不敏感的特性,其在温度变化不定、静压力改变区间较大的环境中静压力精确测量的优势比较明显,较好的光学特性使其在油井、土木的监测应用等方面有着重要参考价值。
布里渊动态光栅 静压力传感 高灵敏度 光子晶体光纤 有限元法 Brillouin dynamic grating Hydrostatic pressure sensing High sensitivity Photonic crystal fiber Finite element method 
光子学报
2021, 50(2): 21
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of Science and Technology on Tunable Laser, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
This paper reviews the recent advances on the high-performance distributed Brillouin optical fiber sensing, which include the conventional distributed Brillouin optical fiber sensing based on backward stimulated Brillouin scattering and two other novel distributed sensing mechanisms based on Brillouin dynamic grating and forward stimulated Brillouin scattering, respectively. As for the conventional distributed Brillouin optical fiber sensing, the spatial resolution has been improved from meter to centimeter in the time-domain scheme and to millimeter in the correlation-domain scheme, respectively; the measurement time has been reduced from minute to millisecond and even to microsecond; the sensing range has reached more than 100 km. Brillouin dynamic grating can be used to measure the birefringence of a polarization-maintaining fiber, which has been explored to realize distributed measurement of temperature, strain, salinity, static pressure, and transverse pressure. More recently, forward stimulated Brillouin scattering has gained considerable interest because of its capacity to detect mechanical features of materials surrounding the optical fiber, and remarkable works using ingenious schemes have managed to realize distributed measurement, which opens a brand-new way to achieve position-resolved substance identification.
Distributed sensing stimulated Brillouin scattering Brillouin dynamic grating multi-parameter measurement 
Photonic Sensors
2021, 11(1): 69
作者单位
摘要
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室,山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院,山西 太原 030024
基于受激布里渊散射(SBS)效应的布里渊动态光栅(BDG)自提出以来,一直受到人们的广泛关注。相比于光纤布拉格光栅(FBG),BDG具有快速重构、读写分离、参数可控等优点,已在保偏光纤、单模光纤、少模光纤和光子晶体光纤中实现。同时,不同类型的BDG研究也不断出现,如啁啾BDG、相移BDG、混沌BDG和随机BDG等。简要介绍了BDG的产生原理,并对不同光纤中的BDG、不同类型BDG及BDG在分布式光纤传感、全光信号处理领域的应用进行详细阐述,最后,对BDG的发展趋势进行了总结与展望。
光栅 受激布里渊散射 布里渊动态光栅 光纤传感 全光信号处理 
激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0700004
作者单位
摘要
1 华北电力大学电子与通信工程系, 河北 保定 071003
2 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室, 河北 保定 071003
3 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室, 河北 保定 071003
为了提高光纤横向压强传感器传感系数,降低温度对压强传感的影响,提出一种具有“三明治”结构的光子晶体光纤,并利用有限元法对其布里渊动态光栅传感特性进行数值模拟。研究了不同压强和温度条件下光子晶体光纤双折射频移的变化,分析了光子晶体光纤结构对其传感特性的影响,结果表明:设计的光子晶体光纤具有高传感精度,0~40 ℃下光子晶体光纤慢轴方向上双折射频移的压强传感系数约为692 MHz/MPa,光纤快轴方向上压强传感系数约为-404 MHz/MPa,0~40 MPa下温度系数仅为0.18 MHz/℃;与利用普通保偏光子晶体光纤设计的传感系数为199 MHz/MPa的压强传感系统相比,灵敏度提高了493 MHz/MPa。设计的光子晶体光纤提高了横向压强传感器传感系数且不易受温度的影响,适用于高精度静水压强传感领域。
光纤光学 光子晶体光纤 布里渊动态光栅 光纤传感 横向压强传感 
光学学报
2021, 41(7): 0706001
作者单位
摘要
华北电力大学 电气与电子工程学院, 河北 保定 071003
在保偏光纤两端同一偏振方向上注入两束泵浦光, 产生受激布里渊散射并激发出相干声波场, 该声波场会对介质折射率进行调制, 即形成布里渊动态光栅。利用该动态光栅可实现温度与应变高精度的分布式测量以及多参量的同时传感, 并具有读写分离、光谱可调等优点。文章从原理上详细介绍了布里渊散射与布里渊动态光栅的产生原理, 并对比分析了布里渊动态光栅在光纤传感方面的优势。针对现阶段布里渊动态光栅在布里渊光相干域与布里渊光时域中的应用进行详细综述, 指出了各自的不足与改进后取得的进展。最后, 对布里渊动态光栅在分布式光纤传感技术中的发展进行了总结与展望。
分布式光纤传感 布里渊散射 布里渊动态光栅 布里渊光时域分析 布里渊光相干域分析 distributed sensor Brillouin scattering Brillouin dynamic grating Brillouin optical time domain analysis Brillouin optical coherent domain analysis 
半导体光电
2018, 39(4): 455
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Electrical Engineering and Information Systems, The University of Tokyo, Japan
2 State Key Laboratory Advanced Optical Communication Systems and Networks, Department of Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University, China
This paper reviews distributed discrimination of strain and temperature by use of an optical fiber based on fiber optic nerve systems. The preliminary method based on multiple resonance peaks of the Brillouin gain spectrum in a specially-designed fiber is firstly introduced. The complete discrimination of strain and temperature based on the Brillouin dynamic grating in a polarization maintaining fiber is extensively presented. The basic principle and two experimental schemes of distributed discrimination based on fiber optic nerve systems are demonstrated. The performance of the high discriminative accuracy (0.1 ℃-0.3 ℃ and 5-12 με) and high spatial resolution (~10 cm) with the effective measurement points of about 50 for a standard system configuration or about 1000 for a modified one will be highly expected in real industry applications.
Fiber optic nerve systems Brillouin optical correlation-domain analysis Brillouin dynamic grating distributed discrimination strain temperature 
Photonic Sensors
2013, 3(4): 332

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