河南师范大学 电子与电气工程学院, 河南 新乡 453000
针对采用传统自组光纤激光器的光纤传感系统存在成本较高和结构复杂等问题, 提出了一种基于商用激光器强反馈的光纤迈克尔逊干涉仪(FMI)传感解调系统。该系统采用商用法布里－珀罗腔型半导体激光器(FP-LD)为光源, 由直流电源直接驱动, 经FMI的反射、干涉后对其形成强反馈; 利用多纵模激光拍频解调技术实现对FMI的传感解调, 将FMI光域干涉光强的变化直接转化为电域拍频包络的变化。研究了不同FMI臂长差时拍频信号随温度的变化过程及传感系统灵敏度。实验结果表明: 当臂长差分别为0.45、0.40 m时, 灵敏度分别为325、358.33 kHz/℃。
半导体激光器 光纤迈克尔逊干涉仪 多纵模激光拍频解调技术 温度传感 semiconductor laser optical fiber Michelson interferometer multi-longitudinal mode laser beat frequency demod temperature sensing
西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
考虑到多纵模高光谱分辨率激光雷达（MLM-HSRL）接收的大气弹性散射回波具有与激光器发射光束一致的高斯传输特性，因此分析马赫-曾德尔干涉仪（MZI）光程差和透过率时必须要考虑发散角的影响。详细分析入射光束的发散角对大光程差MZI分光性能的影响，仿真计算得到基于空气腔的大光程差MZI所允许的光束发散角要≤0.4 mrad。为了降低发散角对大光程差MZI分光性能的影响，提出一种基于补偿玻璃的大光程差MZI的视场展宽技术。理论分析和仿真结果表明，视场展宽后系统可允许的发散角可达25.6 mrad，视场展宽技术极大地提升了大光程差MZI的分光能力。
测量 马赫-曾德尔干涉仪 多纵模高光谱分辨率激光雷达 视场展宽 大光程差 有效透过率
Author Affiliations
Abstract
College of Electronic and Electrical Engineering, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China
A Michelson interferometer (MI) composite cavity fiber laser sensing system based on radio frequency (RF) interrogation is proposed and experimentally demonstrated. The system down-converts the traditional MI light frequency detection to RF detection, which improves the stability of the system. The optic fiber MI is placed in the laser resonator to form a composite cavity structure, which greatly improves the sensitivity of beat frequency signal demodulation.
Michelson interferometer compound cavity multi-longitudinal mode beat frequency radio-frequency detection Chinese Optics Letters
2022, 20(4): 040603
江南大学 物联网工程学院, 江苏 无锡 214122
提出并设计了一种基片式多纵模拍频光纤激光位移传感器, 利用谐振腔中不同模式之间的拍频信号实现传感, 可以监测物体微小位移。该传感器采用应变传感基片结构, 有效对光纤进行保护, 并能缓冲拉伸和压缩带来的形变, 增加传感器灵敏度。同时在原有多纵模拍频光纤激光器的基础上进行了改进, 使系统获得更高的信噪比。阐述了多纵模拍频传感器的测量原理, 设计制作应变片并搭建实验平台。实验选取4个不同拍频信号作为传感信号, 实验数据表明: 在0～30 mm范围内, 频率漂移基本呈线性变化, 线性拟合度最高可以达到0.999 4, 这与理论推导结果一致。由于拉伸平台的拉伸精度限制, 该传感器的测量精度为1×10-3 mm。经过反复实验表明, 该传感器具有良好的稳定性。
位移传感器 应变传感基片 多纵模 拍频信号 displacement sensor strain sensing substrate multi longitudinal mode beat frequency signal 红外与激光工程
2019, 48(3): 0322001
河南师范大学 电子与电气工程学院, 河南 新乡 453007
利用激光多纵模拍频频率与谐振腔色散系数的关系实现光纤的色散测量.测量系统采用可调光纤Fabry-Perot滤波器与光环行器构成窄带波长可调反射镜, 作为光纤激光器的后腔镜, 以光纤Sagnac干涉器作为前腔镜.将待测光纤置于谐振腔内, 用频谱分析仪测量激光器拍频频率随激光输出波长的变化, 得到待测光纤的色散系数.用该系统分别测量了色散补偿光纤和标准单模光纤的色散系数, 实验结果表明该方法能够满足通信光纤的色散测量要求.该系统测量速度快、成本低、结构简单, 具有良好的应用前景.
色散测量 光纤激光器 多纵模拍频 光纤可调谐Fabry-Perot滤波器 Sagnac干涉器 Dispersion measurement Fiber laser Multi-longitudinal mode beat Fiber tunable Fabry-Perot filter Sagnac interferometer
1 黑龙江大学 物理科学与技术学院,哈尔滨,150080
2 黑龙江大学 中俄联合研究生学院,哈尔滨,150080
从传感系统结构的角度分两方面介绍了光纤激光拍频传感技术的研究进展：一是超短腔偏振光纤激光拍频传感系统，利用激光谐振腔生成的两个正交偏振激光，阐释了正交偏振拍频传感器的技术原理及其波分复用、频分复用、波分/频分混合复用等大规模传感器阵列技术。另一个是较长谐振腔的多纵模光纤激光拍频传感系统，介绍了直腔型和环腔型两种传感原理，以及结合波分复用、频分复用、波分/频分混合复用等技术的光纤激光拍频传感网络，实现了传感的大规模网络化。这些传感器将在环境监测、地震勘测、大型土木工程健康监测、水声检测、航天航空等领域具有广阔的应用前景。
拍频 多纵模 波分复用 频分复用 beat frequency multi-longitudinal mode wavelength division multiplexing frequency division multiplexing
浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室， 浙江 杭州 310027
提出了一种新型的采用多纵模激光器作为发射光源的大气气溶胶遥感高光谱分辨率激光雷达(HSRL)技术。该技术将视场展宽迈克耳孙干涉仪(FWMI)作为光谱鉴频器，并在设计FWMI时使其周期鉴频特性与多纵模激光器的模式间隔相匹配，因而每个纵模的回波信号可被FWMI鉴频器进行效果一致的精细光谱分离。详细阐明了所提出的多纵模HSRL的原理和实现方式，定量讨论了制约多纵模HSRL中FWMI鉴频性能的主要因素。在1064 nm波段采用计算机仿真验证了所提技术的性能。多纵模HSRL技术可避免目前HSRL对单纵模激光器的依赖，既能减小HSRL中激光器的成本、体积和重量，又可以大幅提升了HSRL激光系统的稳定性，对我国机载和星载HSRL的研制具有一定的借鉴意义。
大气光学 激光雷达 高光谱分辨率 多纵模激光器 大气气溶胶探测
华北电力大学电子与通信工程系, 河北 保定 071003
提出了一种基于多模法布里-珀罗激光器外调制的移频本地外差检测布里渊光时域反射系统，分析了系统提高光纤受激布里渊散射阈值和移频本地外差检测的原理；推导了系统信噪比的数学表达式，研究了布里渊叠加谱峰功率和谱宽、系统信噪比和频移测量精度与纵模数的关系，以及实现最优测量精度时纵模数与脉冲宽度的关系，得到了相应的拟合公式。结果表明，选用纵模间隔0.141 nm的多模激光器和单纵模峰值功率100 mW、脉冲宽度50 ns的入纤脉冲时，随着纵模数的增加，25 km光纤末端的系统信噪比、温度和应变测量精度均得到了明显提高，且纵模数为20时，系统信噪比相对于单纵模增加11.73 dB，温度和应变测量精度分别达到最佳值3.2 ℃和70.8 με；最佳频移测量精度随脉冲宽度的增大先快速提高，后趋近于恒定值2.9 MHz。
光纤光学 布里渊散射 多纵模法布里-珀罗激光器 布里渊谱 系统信噪比 最佳纵模数 光学学报
2016, 36(10): 1006001
华北电力大学 电子与通信工程系, 河北 保定 071003
根据相干检测理论提出了一种基于多模法布里-珀罗激光器的光纤瑞利与布里渊散射自外差检测的布里渊光时域反射计传感系统, 分析了该系统提高光纤受激布里渊散射阈值和瑞利与布里渊散射自外差检测的原理, 推导出系统信噪比表达式, 分析了纵模数与布里渊谱峰值功率、谱宽和系统信噪比、温度及应变测量准确度之间的关系, 并进行了计算.结果表明, 选用纵模间隔为0.141 nm的多模法布里-珀罗激光器时, 随着纵模数的增加, 在25 km光纤末端系统信噪比、温度和应变测量准确度均得到了较大提升, 当纵模数为19时, 温度和应变测量准确度分别达到最佳值3.81 ℃和86.69με.
光纤光学 光纤传感 自外差检测 多模FP激光器 布里渊光时域反射计系统 信噪比 Fiber optics Optical fiber sensing Self-heterodyne detection Multi-longitudinal mode FP laser Brillouin optical time domain reflectometer Signal to noise ratio
