高精度温度传感器在地球物理、海洋科学、石油化工等领域具有广泛应用。针对传统光纤光栅温度传感器分辨率较低的问题，提出一种基于光纤光栅的高精度多点复用温度传感系统，该系统采用封装好的不同中心波长的π相移光纤光栅作为温度敏感单元，以扫频激光器和波分复用技术检测各光纤光栅谐振波长，并引入氰化氢标准气体吸收室作为波长参考，用非平衡马赫-曾德尔干涉仪补偿光源扫频过程中的非线性，以提升波长测量精度。实验实现了对10个温度传感探头的同时探测，温度分辨率达到10^-4 ℃水平，测量范围达到0~100 ℃。该光纤光栅温度传感系统在高精度温度测量领域具有广阔的应用前景。

Abstract: A π phase-shifted fiber Bragg grating theoretical model is established, and the effects of an asymmetric and symmetrical perturbation field on a phase-shifted fiber Bragg grating are investigated in this paper. The trends of wavelength shifting caused by effective refraction index of phase shift grating in symmetric and asymmetric acoustic field are investigated in detail. Then, the fiber laser acoustic sensors packaged in asymmetric and symmetrical structures are designed and tested, respectively. The results show that the acoustic response of the wavelength of the distributed feedback (DFB) fiber laser (FL) in an asymmetric packaging structure is much more sensitive than in that in the symmetrical structure. The sensor packaged in the asymmetrical structure has a better low frequency (0 Hz-500 Hz) performance and a higher sensitivity than that in the symmetrical structure, and the sensitivity is improved about 15 dB in average and 32.7 dB in maximum. It provides a new method to improve the sensitivity of the fiber acoustic sensor.

光纤传感技术以其抗电磁干扰、 高精度、 易组网等优势在航空航天及地下工程领域的声发射传感中得到了广泛应用。 针对光纤光栅声发射监测系统, 目前研究侧重于均匀光纤光栅的动态应变场传感特性, 基于相移光纤光栅(phase-shifted fiber Bragg grating, PS-FBG)这一新型光纤光栅器件, 重点研究声发射激励产生的动态应变场下相移光纤光栅的光谱特性变化规律。 首先利用传输矩阵理论, 建立PS-FBG的动态应变传感模型, 利用指数衰减的余弦函数模拟声发射激励产生的动态应变场。 通过数值仿真, 详细研究PS-FBG光谱对动态应变场幅度、 采样时刻、 衰减系数、 声发射频率及波长的响应特性。 结果表明, PS-FBG反射谱形状随声发射频率与采样时刻呈现周期性变化, 具体表现为透射窗口所对波长产生周期性漂移, 而带宽变化不明显； 随着动态应变场幅值越大, PS-FBG反射谱的谐振峰向两侧逐渐增多, 透射窗口所对波长漂移很小； 一定范围内衰减系数对PS-FBG光谱影响较大； 而当声发射波长为0.1～2 L时, 对PS-FBG光谱产生较大影响, 此时光谱畸变较严重, 在此范围外, 光谱形状不发生明显变化。 最后, 搭建连续信号激励下的动态应变场实验平台, 分析不同幅度a与频率f变化下PS-FBG的光谱特性, 实验结果与仿真结果较好吻合。 表明PS-FBG光谱对不同声发射激励产生的动态应变场响应不同, 呈现一定规律性, 该研究为基于相移光纤光栅传感技术的声发射传感提供理论指导。

分析了分布反馈光纤激光器的声波敏感机理, 发现阻断“弦”结构对声振动的传递和响应是隔声隔振封装工艺的关键.根据分析设计了一种主体为弧形中性轴线槽的封装结构, 分布反馈光纤激光器有源相移光栅在一定预拉力下粘结固定在封装结构的槽中, 光栅各点均贴附在弧形平面上.实验结果表明, 这种结构有效消除了声致弯曲等效应的影响, 使激光器窄线宽特性在外界声波和振动冲击下能够得到良好保持.同时, 实现了激光波长大范围的温度调谐, 波长温度调谐系数由10 pm/℃提高到30 pm/℃以上, 且激光器输出性能稳定.

光热效应会引起π移相光纤布拉格光栅的频率起伏，故将入射激光衰减至单光子量级，以消除光热效应的影响。通过对入射单光子信号进行强度调制，使用锁相放大器直接解调光电转换的晶体管晶体管逻辑电平（TTL）信号，利用π移相光纤布拉格光栅对环境温度进行测量，温度测量精度达到0.14 ℃。

将相移光纤光栅(PSFBG)有机聚合物相结合, 利用相移光纤光栅的窄带透射峰特性, 设计了一种D型结构的全光纤电光调制器, 并对其进行理论分析。主要研究了聚合物到纤芯中心的距离、聚合物厚度以及聚合物折射率对相移光纤光栅中心波长漂移量的影响, 分析了高频调制电压下相移光纤光栅的传输谱的变化。研究结果表明, 通过选择合适参数, 当聚合物折射率变化为10-4时, 中心波长漂移量可以达到10-2 nm; 同时, 高频电压调制下, 相移光纤光栅传输谱的形状以及中心波长还会受光栅长度和调制频率的影响。

提出了一个利用相移超结构光栅构建的典型ROF单边带调制系统。改变倾斜角，光栅就会呈现不同的传播特性。将不同的相移插入光栅的不同位置就会得到不同的透射谱特性。因此该光栅可视为滤波器应用于单边带调制系统中。反射谱的负斜率特性使得低阶边带会经历更高的衰减。所以，仅仅使用一个相移超结构光栅就可以简单地实现双边带到载波单边带的转换。与此同时，还可以通过改变光栅的倾斜角优化光载波抑制比。在实验中，60 GHz的毫米波信号产生的同时光载波抑制比也由33.02 dB优化到1.31 dB，经过30 km光纤传输后的最小误码率可以达到1.966e-44，所以仅仅通过一个相移超结构光栅就可以大大提高链路性能。

相移光栅作为窄带宽透射型滤波器件在光纤激光器设计中有很高的应用价值。研究了基于啁啾相移光栅的环形腔掺铒光纤激光器的仿真模型。利用传输矩阵法仿真了啁啾相移光栅的传输谱, 并对行波速率方程进行数值化模拟, 得到了激光器工作时, 掺铒光纤上能级粒子数、输出激光功率时域变化以及输出激光频谱。仿真采用功率为0.3 W的980 nm泵浦源得到了输出约为0.078 W,带宽为0.02 nm的连续光输出。同时, 详细分析了输出激光功率随泵浦功率和输出耦合比值的变化情况。仿真结果表明, 输出激光功率随泵浦光功率呈线性变化, 存在一个最优的输出耦合比值使输出光功率值最大。

等效相移光栅的原理是, 通过对取样光纤布拉格光栅在特定点进行毫米尺度的“位移”, 经过傅里叶变换, 在各频率通道产生“等效相移”。首先利用光栅的Turan传输矩阵进行数值模拟, 验证了真实相移光栅的各种性质在等效相移光栅中的实现, 然后针对当前关于等效相移光栅的报道中, -2级光栅反射率都很低, 并且没有出现“等效相移”的情况, 提出了一种实现-2级等效相移光栅的方法, 并进行了仿真验证。最后给出了等效相移光栅反射率随长度变化的曲线。

使用V-I传输矩阵法分析了相移量、相移点位置以及啁啾系数对啁啾相移光纤光栅透射谱特性的影响,并分析了在啁啾光纤光栅中同时引入多相移时生成的多陷波滤波器的波长间隔,发现其与以同样的位置引入单相移时陷波滤波器的波长偏离间隔基本一致。依据仿真分析结果,可以优化啁啾相移光栅相移数量、位置间隔、啁啾系数和相移量的参数选择,设计出实际需要的多波长滤波器。