对2 μm波段的法布里-珀罗光纤光栅进行了仿真分析和实验制作;设计并搭建了一种基于多通道法布里-珀罗光纤光栅滤波器的三波长间可切换的单纵模复合腔掺铥光纤激光器。激光谐振腔内使用由两个光耦合器组成的8字环无源子腔来扩大纵模间隔;使用自制法布里-珀罗光纤光栅滤波器进行波长选择,并利用偏振控制器调节腔内损耗以抑制光纤激光的强模式竞争;通过应力调节架调节均匀光纤光栅,实现了三个波长间切换的单纵模激光运转。实验结果表明:在室温时,该掺铥光纤激光器可获得输出波长分别为1941.48 nm、1941.57 nm和1941.65 nm,对应光信噪比分别为61 dB、61 dB和60 dB的稳定的可切换单纵模激光输出。分别对三个波长的激光进行连续50 min的稳定性测量,得到激光输出功率的波动分别小于0.39 dB、0.61 dB和0.55 dB,波长波动小于光谱仪的最小分辨率0.05 nm,说明该激光器具有良好的稳定性。

基于半导体光放大器和高速光纤法布里-珀罗滤波器,搭建了一个用于产生高速扫频激光的短环形腔。滤波器从长波到短波扫描时,关闭半导体光放大器的偏置电流,可以获得50%占空比的扫频激光。借助交织器,可以获得占空比为100%的扫频激光。再利用二级半导体光放大器,可以进一步提高扫频激光的输出功率。经测试,本扫频激光的扫描频率为500 kHz,中心波长为1550 nm,扫描范围达到67 nm,有效相干长度为6.5 mm,平均输出功率大于20 mW。

为了制作高速扫频光源,基于光纤法布里-珀罗可调滤波器和半导体光放大器搭建了一个短环形腔。首先,通过半导体光放大器的通断电控制,实现占空比为50%的扫频激光输出。然后,利用交织器把激光分成两路再进行错位叠加,从而获得占空比为100%、扫描频率为可调滤波器振动频率两倍的扫频激光。最后,扫频激光经过二级半导体光放大器进行再放大,实现更高功率的扫频输出。所获得的扫频激光,扫描频率为245 kHz,中心波长约为1544 nm,扫描范围达到73 nm,有效相干长度为12 mm,平均输出功率大于20 mW。本文采用的设计方案对于制备高性能、低成本的高速扫频光源具有重要的实用意义。

介绍了由宽频光源和法布里-珀罗 (Fabry-Pérot, FP)谐振腔组成的CO2检测系统。结合常见的主动光学系统误差分析方法, 对系统的各个误差项进行了定量化分析。系统误差来源于光源能量波动、环形器串扰、FP腔谱线变动和探测器噪声四个方面。通过建模计算了各独立误差项对差分信号数值的影响, 确定了4项主要的系统误差。传统大气检测误差分析将硬件系统误差直接关联到浓度数据上, 本文误差分析方法把硬件误差和反演算法误差剥离, 对于提高系统的工作能力有更好的指导意义。

跨季节储热系统是太阳能集热技术和地源热泵技术相结合的一种综合利用新能源的采暖技术。为了测量地源热泵周围的土壤温度分布,为跨季节储热系统的设计和运行提供技术参数,对光纤光栅传感测温技术进行了研究。基于光纤光栅原理,采用可调谐光纤光栅滤波器对光纤光栅波长进行解调,检测光纤光栅波长微小的变化情况,从而计算出温度。光源发出的连续带宽光波长范围是1 526～1 562 nm,系统有10个采样通道,每个通道12个测点,每个点相隔10 m,采集速率同步25 Hz。并设计了基于ARM的数据采集远传模块,实现光纤数据的远程传输和监测。经过对北京某监测点的近3个月的持续采样,实验结果显示,该测量系统精度能达到0.5 ℃,可以实时地、持续地测量地下土壤温度的分布,满足系统对监测温度的要求。

为了满足光通信中对光纤端面镀多层膜的特殊需求, 分析了光纤端面镀制截止滤光膜所存在的难点问题, 利用TFCalc薄膜设计软件, 采用解析法设计了一个初始膜系, 再结合梯度优化法对初始膜系进行优化处理, 成功设计出具有较好光谱性能的光纤端面截止滤光膜的膜系, 并对德国莱宝APS1104型镀膜机进行了内部结构和镀制工艺的改进, 最终采用离子源辅助沉积进行低温镀制, 获得了性能优良的光纤端面截止滤光膜。结果表明, 在光纤端面镀制多层的截止滤光膜, 虽然存在很多困难, 但选择合适的膜系和镀制工艺, 依然能获得符合实际要求的滤光膜。

提出并设计了一套基于光纤F-P滤波器的可见波长域全光纤水汽拉曼激光雷达系统, 实现对大气水汽和气溶胶的精细探测。讨论了光纤F-P腔内损耗和腔镜反射率对F-P透射谱的细度、 峰值透过率以及带宽的影响,得到腔内损耗在小于3%的情况下,光纤F-P滤波器具有较高的峰值透过率(大于0.5)和较窄的谱线 带宽(小于0.9 nm)。通过结合光纤带通滤波器和二级级联光纤F-P滤波器的参数设计,在三个独立的光通道中分别实现水 汽拉曼信号(660 nm)、氮气拉曼信号(606 nm)和米瑞利信号(532 nm)的窄带宽、 高透过率严格滤波,并获得对杂散光的高抑制率。通过系统仿真,对各散射信号强度分布、水汽廓线和探测信噪比进行了数 值仿真计算,验证了系统方案的可行性。

提出一种用于智能服装中体温与心音同步检测的光纤布拉格光栅(FBG)波长解调方法。基于可调谐法布里珀罗(F-P)滤波器实现了分布式多光纤光栅的高精度静态波长解调和单光纤光栅的高速动态波长解调。利用梳状滤波器实现F-P控制电压与输出波长关系的实时校准，提高了静态波长解调的精度。通过在控制电压中加入扰动信号，使F-P滤波器中心波长在工作点处保持稳定，实现长时间的动态解调。实验结果表明所设计的解调系统静态波长解调精度可达±5 pm，重复性在5 pm以内。动态波长解调范围理论值为225 pm，实测可达203 pm。系统频率响应3 dB带宽设计值为1 kHz，实测值为950 Hz左右。在心音信号主要集中的20~200 Hz频段内，频率响应基本一致。

为了提高光纤光栅(FBG)解调系统的波长解调精度, 采用粒子群优化(PSO)算法结合参考光纤光栅(FBG), 对常用波长解调器Fabry-Perot型光纤滤波器(FPF)的透射光谱中心波长与控制电压之间存在的非线性和回滞特性进行了研究, 并提出一种实时建立FPF透射光中心波长与其控制电压之间关系模型的方法。 该方法利用粒子群优化算法收敛快、 易实现的特点, 保证了FPF模型建立的准确性和实时性。 实验结果证明, 利用所建模型可有效提高FBG传感系统的波长测量准确度, 测量误差不超过25 pm。 系统结构简单, 对提高FBG传感系统的测量准确度具有重要意义。