1 西北大学物理学院，陕西 西安 710127
2 西安飞行自动控制研究所飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室，陕西 西安 710076
宽谱光源驱动谐振光纤陀螺（RFOG）利用宽带光源抑制寄生噪声。然而，宽带光源引入的过量相对强度噪声（RIN）成为陀螺精度提升的主要限制因素。因此，考虑到不同光纤环形谐振腔（FRR）参数的影响，研究宽谱光源驱动RFOG中的RIN具有重要意义。基于宽带光源驱动RFOG的传输特性，构建了宽谱光源驱动RFOG中RIN的理论模型。分析了放大自发辐射源（ASE）谱宽和谐振环的分光比对腔内RIN的影响，并通过实验验证了理论结果的准确性。这些结果为减轻宽带光源驱动RFOG系统中的RIN提供了理论参考。
光纤光学 谐振式光纤陀螺 相对强度噪声 光纤环形谐振腔 光谱 宽谱光源
1 中国民用航空飞行学院飞行技术学院, 四川 广汉 618000
2 西南科技大学信息工程学院, 四川 绵阳 621000
主要对谐振式光纤陀螺单侧信号检测方法开展了研究, 探讨了热致偏振噪声对于谐振曲线产生的影响, 并设计了一种信号检测方法。针对该检测方法与传统检测方法的应用效果进行对比分析, 研究结果显示, 新方法会抑制偏振噪声对于陀螺精度的影响。根据仿真结果可知, 在温度改变0.003 ℃的情况下, 得到的归一化幅值误差显著减小, 由原先的0.2308变为0.0298, 继而验证了设计单侧检测方法的有效性, 该方法有效抑制了偏振波动噪声对于检测精度的不利影响, 提高了检测结果的准确性。
谐振式光纤陀螺 信号检测 光纤环形谐振腔 偏振波动噪声 resonant fiber-optic gyroscope signal detection fiber ring resonator polarization fluctuation noise
1 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌 330063
2 中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川 绵阳 621900
为了对硝酸钆进行高灵敏检测，研究一种基于微纳光纤干涉仪的光纤环腔激光传感器。制备了一种具有双锥结构的微纳光纤干涉仪，微纳光纤的强倏逝场可与外界环境或周围介质发生有效相互作用，且倏逝场随着光纤双锥结构直径的减小不断增强，折射率传感的灵敏度指标也有显著提高。实验结果表明：当微纳光纤的直径为20 μm时，传感器的折射率灵敏度达1925 nm/RIU；对于硝酸钆溶液的质量浓度，该传感器的灵敏度高达0.172 nm/（mg·mL-1）。此外，该光纤环形激光传感器具有灵敏度高、结构紧凑等优点，在生物修饰和化学传感等方面有广阔的应用前景。
传感器 光纤环形激光器 微纳光纤 倏逝波 折射率测量 硝酸钆测量 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0528002
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Industrial Engineering, University of Bologna, 47121 Forlì, Italy
2 Sestosensor SRL, R&D Department, Zola Predosa 40069, Italy
3 Fibrain Sp. Z.o.o., Wspólna 4A, Rzeszów 35-205, Poland
4 Consiglio Nazionale delle Ricerche, IMM Institute, Bologna 40129, Italy
Two innovative optical fiber cable layouts designed to improve strain measurement accuracy for Brillouin Optical Time Domain Analysis (BOTDA) sensors through improved strain transfer efficiency are presented and discussed. Swept Wavelength Interferometry (SWI) is used to experimentally evaluate their performance alongside analytical models and numerical simulation through Finite Element Method (FEM). The results show good agreement between the different methods and show that the second sensing cable design presents good features to minimize the mismatch between measured and actual strain. Finally, the strain response of both strain and temperature sensing cables of this design are evaluated, showing that their difference in response is reliable enough to allow temperature compensation.Two innovative optical fiber cable layouts designed to improve strain measurement accuracy for Brillouin Optical Time Domain Analysis (BOTDA) sensors through improved strain transfer efficiency are presented and discussed. Swept Wavelength Interferometry (SWI) is used to experimentally evaluate their performance alongside analytical models and numerical simulation through Finite Element Method (FEM). The results show good agreement between the different methods and show that the second sensing cable design presents good features to minimize the mismatch between measured and actual strain. Finally, the strain response of both strain and temperature sensing cables of this design are evaluated, showing that their difference in response is reliable enough to allow temperature compensation.
Brillouin scattering Optical fiber sensors Fiber ring lasers Strain transfer Structural health monitoring Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2022, 18(1): 2022007
Author Affiliations
Abstract
1 Consiglio Nazionale delle Ricerche, IMM Institute, Bologna 40129, Italy
2 Sestosensor srl, R&D Department, Zola Predosa 40069, Italy
3 Consiglio Nazionale delle Ricerche, IMM Institute, Bologna 40129, Italy
A new pump-seeded, short-cavity Brillouin ring laser source layout intended for Brillouin sensing applications is showcased, showing increased high maximum output (1.5 mW), a strong linewidth narrowing effect (producing light with a linewidth of 10 kHz) and limited relative intensity noise (RIN ~ −145 dB/Hz), providing an ultranarrow, highly stable BRL source that can also be employed as a pump-probe source for Brillouin optical time-domain analysis (BOTDA) applications.A new pump-seeded, short-cavity Brillouin ring laser source layout intended for Brillouin sensing applications is showcased, showing increased high maximum output (1.5 mW), a strong linewidth narrowing effect (producing light with a linewidth of 10 kHz) and limited relative intensity noise (RIN ~ −145 dB/Hz), providing an ultranarrow, highly stable BRL source that can also be employed as a pump-probe source for Brillouin optical time-domain analysis (BOTDA) applications.
Brillouin scattering Optical fiber sensors Fiber ring lasers Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2022, 18(1): 2022005
上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
受激布里渊散射效应具有窄带增益的特性，是实现低本底噪声激光器的一种有效方式。基于高Q值光纤环形谐振腔研究低噪声布里渊激光器。通过Pound-Drever-Hall（PDH）锁定技术将泵浦光锁定到8 m长的单模环形谐振腔中，可得到与泵浦光相差一个10.81 GHz频率的反向传播斯托克斯光。采用相关延迟自外差方法测量斯托克斯光的频率噪声。实验结果表明，基于光纤环形谐振腔的布里渊激光器的阈值为5.3 mW，在高频部分（频率大于10 kHz）处，后向斯托克斯光对泵浦光频率噪声的抑制达到30 dB，接近理论抑制极限（34 dB）。
激光器 布里渊激光器 光纤环形谐振腔 后向斯托克斯光 布里渊阈值 频率噪声 光学学报
2022, 42(19): 1914002
太原理工大学, 物理与光电工程学院 山西 太原 030024
本文基于Peregrine孤子, 数值研究掺铒光纤环形腔中呼吸脉冲的产生及其演化特性。Peregrine孤子是一个具有时空局域性的高峰值单脉冲。由于背景波与孤子的相互作用, Peregrine 孤子在单模光纤中传输发生分裂。为了产生长距离传输的高峰值脉冲, 就需要消除背景波。本文采用掺铒光纤环形腔的方案来消除背景波的影响。掺铒光纤环形腔由单模光纤, 掺铒光纤和光纤耦合器组成。通过控制环内单模光纤和掺铒光纤长度, 使腔内色散达到近零色散, 实现色散管理。研究表明, 由于呼吸脉冲的峰值强度与Peregrine孤子的初始输入有关。为了获得高峰值的呼吸脉冲, 选取Peregrine 孤子在最大激发位置处的脉冲作为光纤环的初始输入。在光纤环的作用下, Peregrine孤子在近零色散环形腔中可以产生长距离传输的高峰值呼吸脉冲, 而背景波逐渐演化成小的旁瓣脉冲。另外, 高峰值呼吸脉冲的传输特性与色散、非线性和小信号增益有关。净腔色散在［-0.001?0,0.003?7］ ps2范围之内, 可以产生长距离传输的高峰值呼吸脉冲。随着非线性系数的增加, 呼吸脉冲的峰值强度增加, 峰值振荡频率加快, 振荡幅度也增加。当非线性系数增加到一定程度, 局域呼吸脉冲逐渐形成。而小信号增益越大, 呼吸脉冲的峰值强度越高, 但振荡幅度和振荡频率影响较小。
呼吸脉冲 光纤环形腔 Peregrine孤子 非线性薛定谔方程 breathing pulse fiber ring cavity Peregrine soliton nonlinear Schrdinger equation
南通大学 信息科学技术学院, 江苏 南通226019
提出了一种基于光纤激光环形腔实现高频微弱振动信号检测的全光纤振动检测系统。将保偏光纤通过熔融拉锥技术拉锥形成具有多通道梳状滤波特性的微光纤马赫-曾德尔干涉仪(MMZI), 通过和光纤激光环形腔系统结合, 在200~20000Hz的范围内实现了对声源振动信号的动态响应, 噪声极限最小检测压力为6.44mPa·Hz-1/2。相对比于未接入光纤激光系统的声音频率响应范围为200~4000Hz, 灵敏度为29.36mV·Pa-1, 接入激光系统后声音频率响应范围扩大了近5倍, 灵敏度提高了6倍, 为宽频带声音检测系统以及微小光信号检测技术提供了一种行之有效的方法。
应用光学 光纤环形腔 微光纤马赫曾德尔干涉仪 保偏光纤 微小信号 振动检测 applied optics optical fiber ring cavity Micro-fiber Mach-Zehnder interferometer Polarization-maintaining fiber weak signal vibration detection
1 上海航天控制技术研究所，上海 201109
2 中国科学院上海光学精密机械研究所， 上海 201800
为了在较低泵浦功率下实现单纵模双波长激光信号的输出，进而获得窄线宽的高频微波信号，设计并实验了一种基于复合滤波结构的窄线宽高频微波信号产生装置。通过8字腔结构布里渊增益腔和反射式光纤光栅构成的波长选择滤波器实现了4倍布里渊频移间隔的双波长斯托克斯光信号输出，采用200 m长单模光纤作为增益介质，同时与50 m长单模光纤构成级联光纤环结构，采用三端口耦合器与2 m长未泵浦的保偏掺铒光纤构成萨格纳克环结构，利用级联光纤环结构和萨格纳克环结构的复合滤波作用实现了斯托克斯光信号模式的选择，使输出的斯托克斯光信号由多纵模运行状态变为单纵模运行状态。实验证明：通过对输出的单纵模双波长斯托克斯光信号进行拍频检测可得42.85 GHz的高频微波信号产生，线宽为38 kHz；通过改变可调谐泵浦激光器的输出波长，可实现42.25~43.51 GHz范围内的频率调谐；通过稳定性测试，产生的42.85 GHz高频微波信号的频率变化在0.83 MHz内，峰值功率变化在±0.8 dB内，稳定性良好，满足实际应用需求。
光纤光学 高频微波信号 级联光纤环 萨格纳克环 fiber optics high frequency microwave signal cascaded fiber ring Sagnac ring 红外与激光工程
2021, 50(10): 20210074
重庆理工大学理学院绿色能源材料技术与系统重庆市重点实验室, 重庆 400054
本文提出一种基于半导体光放大器(SOA)光纤环形激光器的智能光纤动态应变传感系统,并采用自适应光折变双波混频技术对其进行解调,解调过程中无需对准静态应变和温度进行任何主动补偿。当FBG(Fiber Bragg Grating)传感器的反射光谱因动态应变而发生改变时,则激光输出的波长会相应移动,随后转换为相应的相移并由InP∶Fe光折变晶体双波混频干涉仪解调。实验结果表明,该传感系统能够测量50~464 kHz之间的动态应变且灵敏度高于0.5με Hz -1(ε为应变)。在InP∶Fe光折变晶体中同时对三个FBG传感器的动态应变进行解调,实验证实双波混频干涉仪的多路复用是切实可行的。
光学学报
2021, 41(13): 1306021
