1 上海电力大学自动化工程学院，上海 200090
2 新南威尔士大学电气工程与电信学院，新南威尔士州 悉尼 2052，澳大利亚
可调谐法布里-珀罗（F-P）滤波器的磁滞和温度漂移是限制其解调精度的重要因素。现有研究很少考虑同时对磁滞和温度漂移进行动态补偿。针对光纤布拉格光栅（FBG）解调误差，提出了一种基于最小二乘支持向量机（LSSVM）的动态补偿方法。考虑到参考光栅与传感光栅的反射光谱经过可调滤波器后具有相似的漂移特性，将多个参考光栅的波长漂移作为LSSVM模型的输入特征，以预测传感光栅的反射光经过可调滤波器后的波长漂移误差。在单调降温和先降温后升温的数据集上分别对所提方法进行了验证，实验结果表明：当未引入参考光栅作为模型特征时，两个数据集的补偿后最大绝对误差分别达到33.65 pm和69.25 pm；在引入参考光栅作为模型特征后，补偿后的最大绝对误差分别降至3.63 pm和7.84 pm，即所提方法在不同温变模式下均有效提高了F-P滤波器的解调精度。
光纤光学 光纤光栅解调 法布里-珀罗滤波器 解调误差 多参考光栅 动态补偿
1 上海电力大学自动化工程学院，上海 200090
2 新南威尔士大学电子信息工程学院，澳大利亚 悉尼 2052
针对光纤法布里-珀罗可调谐滤波器（FFP-TF）在环境温度变化时输出波长持续漂移，引起光纤布拉格光栅（FBG）解调不稳定的现象，提出一种基于改进AdaBoost算法的温度稳定FBG解调方法。采用AdaBoost集成学习构建可调谐滤波器的温漂模型，在迭代过程中提出基于误差率差值的弱学习器权重更新方法，以增强弱学习器权重与其预测误差之间的关联，提高多个弱学习器的集成效率。实验结果表明，传统AdaBoost补偿后可调谐滤波器在温度变化环境中的最大波长漂移为14.03 pm，而基于权重更新的AdaBoost算法补偿后最大波长漂移为4.75 pm。相比传统的基于标准具和气室的温漂补偿方法，所提补偿方法不需要添加额外元件，补偿精度高。
光纤光学 光纤光栅解调 法布里-珀罗滤波器 温漂补偿 AdaBoost 权重更新
1 上海电力大学自动化工程学院, 上海 200090
2 新南威尔士大学电气工程与电信学院, 新南威尔士州 悉尼 2052
光纤法布里-珀罗可调滤波器(FFP-TF)是组成光纤布拉格光栅(FBG)传感器解调系统的核心器件之一,其稳定性对解调精度的提高至关重要,而温度漂移是影响其稳定性的关键因素之一。针对实际应用中遇到的FFP-TF在变温环境下产生的透射波长漂移问题,提出了一种基于集成移动窗口的温度漂移补偿方法。利用最小二乘支持向量机对透射波长和温度之间的非线性关系进行了建模,并在训练样本中建立了移动窗口。此外,为了挖掘更多的训练样本过程信息,提出了采用神经网络对各个移动窗口的补偿结果进行加权集成的方法。实验结果表明,当未引入集成移动窗口时,解调值的最大测量误差为±13.5 pm。在引入集成移动窗口后,解调值的最大测量误差为±0.82 pm,即所提方法有效提高了光纤光栅传感中可调滤波器解调的温度稳定性。
光纤光学 光纤光栅解调 集成移动窗口 温漂补偿 法布里-珀罗滤波器 最小二乘支持向量机 光学学报
2021, 41(23): 2306005
1 天津工业大学 电气与电子工程学院，天津 300387
2 天津工业大学 纺织科学与工程学院，天津 300387
3 Centre for Medical Radiation Physics, University of Wollongong, Wollongong NSW 2522, Australia
4 Department of Electronic and Biomedical Engineering, University of Barcelona, Barcelona E-08028, Spain
为克服传统阵列波导光栅解调系统体积大、价格昂贵等问题，提出了以窄带光源为输入光源，采用边缘滤波和阵列波导光栅相结合的解调方案，实现对增敏封装后的光纤光栅温度传感器进行温度解调实验。以窄带光源作为输入，通过边缘滤波的方法使得温度传感器反射谱的中心波长偏移程度与解调光路输出光强的变化相对应，利用阵列波导光栅的波分复用实现多传感器同时测量，实现了多传感器多通道的分布式测量，实验结果表明：解调系统的波长解调范围为1 545.30 nm～1 560.50 nm，对35 ℃～42 ℃的温度范围进行检测，波长解调精度为±5.34 pm，温度测量误差可达±0.1 ℃。
光纤光栅解调 阵列波导光栅 温度传感 边缘解调 fiber grating demodulation arrayed wave-guide grating temperature sensing edge demodulation
1 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京卫星制造厂有限公司机械产品事业部，北京 100190
首先从理论上详细分析阵列波导光栅的串扰、插入损耗和带宽对解调系统的动态范围、波长分辨率及解调精度的影响。结果表明，带宽越大，解调系统的动态范围越大，但波长分辨率会有所下降；串扰越小，解调精度越高。然后从理论上研究影响阵列波导光栅输出光谱带宽的因素，如阵列波导光栅的衍射级数、阵列波导数及喇叭口宽度等。结果表明，当阵列波导数越小和锥形波导的开口宽度越大时，则阵列波导光栅的通带带宽越大。最后设计一款基于2%折射率差二氧化硅材料体系的阵列波导光栅，其具有带宽宽、损耗低和串扰低等特点，为基于阵列波导光栅的光纤光栅解调系统的研究提供理论指导，并指明器件及系统的优化方向。
光学器件 阵列波导光栅 光纤光栅解调系统 相对光强解调 光子集成 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0923002
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
2 中国航发湖南动力机械研究所, 湖南 株洲 412002
3 北京北方车辆集团有限公司, 北京 100072
利用光纤光栅传感器实现了基于快速应变响应的传动齿轮模态分析。基于波分复用技术组建光纤光栅传感网络, 根据光纤光栅的应变响应数据完成齿轮的应变模态分析, 并与基于声压传感器的齿轮试验模态分析结果进行对比, 固有频率相对误差小于0.1%。为了实现光纤光栅传感器的快速应变采集, 搭建了一套光纤光栅快速解调仪。该解调仪是基于体相位解调的单通道快速解调仪, 采样速率最高为35kHz, 使用LabVIEW编写了光纤光栅信号采集和解调软件。基于光纤光栅的齿轮应变模态分析方法附加质量小, 比传统加速度传感器测量结果更准确, 能够适应小型齿轮箱内部复杂和恶劣的测量环境, 具有一定的应用价值。
传动齿轮 模态分析 光纤光栅传感器 光纤光栅解调仪 transmission gear modal analysis fiber Bragg grating sensor fiber Bragg grating demodulator
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
搭建了调制光栅Y分支(MGY)可调谐激光器高精准波长调谐系统,实现了粗扫描结合细扫描的高精度波长扫描标定。在此基础上,对MGY激光器输出波长以及内置法布里-珀罗(F-P)标准具的温度漂移特性进行分析,发现MGY激光器输出波长与温度具有良好的线性关系,且其输出波长曲线的斜率不变,截距随温度线性变化。研究了基于外部气体吸收基准的高精准波长校准方法,并进行实验测试。研究结果表明,在-25~+75 ℃温度范围内,波长扫描范围为40 nm时,所搭建系统的调谐线性度优于0.9999,调谐波长精度优于0.18 pm,准确度优于0.12 pm。
激光器 半导体激光器 光谱分析 光纤光栅解调 波长调谐
南京大学光通信工程研究中心, 江苏 南京 210093
设计了一种基于频谱分区的高精度光纤光栅波长解调系统。在传统的法布里-珀罗滤波器法中加入法布里-珀罗标准具动态校准滤波器的波长读取值，很好地消除了由滤波器调谐的温度漂移和蠕动引起的测量误差；同时利用标准具及放大自发辐射(ASE)光源特性进行频谱分区解调，大大降低了滤波器调谐时非线性的影响，使得解调系统具有很高的解调精度和很好的稳定性。实验结果表明，系统的稳定性为0.97 pm，分辨率达到了0.33 pm，温度解调线性度为0.9999。
光纤光学 光纤光栅解调系统 可调谐法布里-珀罗滤波器 法布里-珀罗标准具 频谱分区解调
