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，澳大利亚 新南威尔士州悉尼 2052
借助深度学习算法的非线性处理能力，提出基于注意力机制和长短期记忆（LSTM）网络的温漂预测模型，从而对法布里-珀罗（F-P）滤波器进行温漂补偿。针对温漂数据中复杂的时空信息，采用LSTM提取时间信息，利用注意力机制分配空间权重。实验结果表明：在升温-降温-升温环境下，所提方法和LSTM模型的最大波长漂移误差分别为6.75 pm和16.64 pm；在单调降温环境下，两种方法的最大波长漂移误差分别为5.39 pm和14.09 pm。所提方法在最大绝对误差（MAXE）、均方根误差（RMSE）和平均误差（MAE）上均优于最小二乘支持向量机（LSSVM）和循环神经网络（RNN）。
光栅 光纤光栅 法布里-珀罗滤波器 温漂误差 注意力机制 长短期记忆网络 光学学报
2023, 43(22): 2205001
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，澳大利亚 新南威尔士州悉尼 2052
首先，充分考虑温漂序列数据前后之间的强相关性，在对光纤法布里-珀罗可调滤波器（FFP-TF）的温漂进行建模的过程中引入时间权重的概念，为每个样本赋予不同的时间属性。然后，采用支持向量机（SVM）作为弱学习器对温漂样本进行建模，使用AdaBoost框架对多个SVM模型进行集成学习。在集成预测过程中，不仅每个模型的预测性能会影响样本的权重分配，而且样本的时间属性也会影响样本权重的更新。实验结果表明：在2 ℃的窄范围缓慢变温环境中，传统AdaBoost-SVM算法的最大温漂补偿误差为10.83 pm，而基于时间权重的AdaBoost-SVM的最大温漂补偿误差降低到7.04 pm；在15 ℃的温度范围下，传统AdaBoost-SVM算法的最大误差达到11.57 pm，基于时间权重的AdaBoost-SVM的最大误差仅为4.05 pm。与传统硬件方法相比，所提出的方法不需要额外硬件，为可调谐滤波器的温漂补偿提供了一种新的思路。
光栅 光纤布拉格光栅 法布里-珀罗滤波器 温漂补偿 时间加权 集成学习 光学学报
2023, 43(21): 2105001
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传感器解调系统的核心器件之一，其稳定性对解调精度至关重要，而温度漂移是影响其稳定性的关键因素之一。最小二乘支持向量机（LSSVM）的非线性映射能力可以对漂移进行有效补偿，针对传统LSSVM模型参数选取易陷入局部最优的问题，基于改进的天牛须搜索粒子群优化算法在全局范围内寻找LSSVM模型的最优惩罚因子和核参数。实验结果表明，用优化的LSSVM对FFP-TF进行温度漂移补偿，可将最大温度漂移误差从1025.21 pm减小到±3.03 pm，提高了变温环境下FFP-TF解调的温度稳定性。
光栅 光纤法布里-珀罗可调滤波器 粒子群优化算法 最小二乘支持向量机 波动补偿 非线性补偿 激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0305002
Author Affiliations
Abstract
1 School of Precision Instrument and Opto-electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Laser Institute, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Jinan 250014, China
3 School of Electrical Engineering & Telecommunications, University of New South Wales, NSW 2052, Australia
We propose a new non-intrusive flow measurement method using the distributed feedback fiber laser (DFB-FL) as a sensor to monitor flow in the pipe. The relationship between the wavelength of the DFB-FL and the liquid flow rate in the pipeline is derived. Under the guidance of this theory, the design and test of the flow sensor is completed. The response curve is relatively flat in the frequency range of 10 Hz to 500 Hz, and the response of the flow sensor has high linearity. The flow from 0.6 m3/h to 25.5 m3/h is accurately measured under the energy analysis method in different frequency intervals. A minimum flow rate of 0.046 m/s is achieved. The experimental results demonstrate the feasibility of the new non-intrusive flow measurement method based on the DFB-FL and accurate measurement of small flow rates.
DFB-FL flow non-intrusive measurement energy analysis frequency interval Chinese Optics Letters
2020, 18(2): 021204
1 齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院激光研究所, 山东 济南 250014
2 新南威尔士大学 电气工程与电信学院, 新南威尔士 2052
提出了应用于周界安防的基于后向瑞利散射光空间差分干涉的光纤分布式振动传感监测方案。环境振动信号引起传感光纤的相位变化, 含有相位信息的后向瑞利散射信号注入到非平衡迈克尔逊干涉仪, 实现了后向瑞利散射信号的空间差分干涉, 光纤分布式振动传感监测完成相位信号的解调, 提高了系统的灵敏度。该系统能够实时监测入侵者的行走路线和速率以及模拟挖掘的距离的判断, 实现了15 dB的信噪比以及35 m的探测距离。
分布式振动传感 周界安防 干涉仪 空间差分 distributed vibration sensing perimeter security interferometer space difference 红外与激光工程
2018, 47(5): 0522001
1 山东省科学院激光研究所 山东省光纤传感重点实验室, 山东 济南250014
2 新南威尔士大学 电气工程与电信学院, 澳大利亚 新南威尔士2052
文中提出了一种光纤分布式声波传感方案。作用在传感光纤上的声波信号导致后向瑞利散射光的相位变化, 将含有声波信息的后向瑞利散射信号注入到迈克尔逊干涉仪, 并采用相位载波解调算法解调出相位信息。实验中采用压电拉伸器模拟声波振动, 分布式声波传感系统实现了10 m的空间分辨率以及平坦的频响。
分布式声波传感 相位载波 干涉仪 频响 distributed acoustic sensing phase generated carrier interferometer frequency response 红外与激光工程
2017, 46(3): 0321003
1 上海电力学院自动化工程学院, 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
研究和评估了基于光纤布拉格光栅(FBG)传感系统的压电陶瓷(PZT)驱动的光纤法布里-珀罗(FFP)滤波器的热致非线性，采用多项式拟合法减小FFP滤波器的热致非线性误差。在FFP滤波器所处环境温度变化超过15 ℃的情况下，采用大于等于4阶的多项式拟合和参考光栅的方法，可使FFP滤波器热致应变误差从750 με减小到15 με，标准差保持在10 με以下。实验结果显示，当PZT驱动的FFP滤波器的温度变化范围较大时，其热效应不是简单地保持不变或呈线性。
光学器件 可调谐法布里-珀罗滤波器 光纤布拉格光栅 压电陶瓷 热效应 非线性 多项式拟合 激光与光电子学进展
2017, 54(4): 042301
1 山东省科学院激光研究所山东省光纤传感技术重点实验室， 山东 济南 250014
2 新南威尔士大学电子工程与通信学院， 澳大利亚 悉尼 2052
介绍了目前最常用的两种制作相移光纤光栅的方法，即分步曝光法(或遮挡法)和相位掩膜板移动法，对比分析了两种方法引入相移的物理机制，并利用传输矩阵法理论模型，数值模拟了两种制作方法下的相移光纤光栅透射谱，并分别进行了分布反馈光纤激光器(DFB-FL)的对比实验。结果表明，分步曝光法制作相移光纤光栅时，相移量与光栅中无曝光段的长度及纤芯折射率调制量均有关，难以精确控制相移量的大小，并且存在偏振模竞争问题；而相位掩膜板移动法通过压电陶瓷直线微动台控制掩膜板和光纤相对位移，在光栅中引入相位变换，可以将相移量控制在0~2π范围之内，更容易实现π相移光栅的制作。
光栅 分布反馈光纤激光器 π相移光纤光栅 相位掩膜板 中国激光
2012, 39(s1): s105002
1 山东省科学院激光研究所山东省光纤传感技术重点实验室, 山东 济南 250014
2 山东大学信息科学与工程学院, 山东 济南 250100
3 新南威尔士大学电子工程与通信学院, 澳大利亚 悉尼 2052
采用相位掩模板法，实验研究了准分子激光器制作光纤布拉格光栅(FBG)过程中，紫外光热效应对光栅生长过程和光谱结构的影响。研究发现，相位掩模板法直接曝光法中，对同一段光敏光纤进行累加曝光，其反射率不会随着曝光量的增大而线性增长，而在多次曝光时会产生光栅反射率变小的“漂白”现象，并且多次曝光的时间间隔越短，“漂白”的过程也越长；相同的曝光量下，激光器重复频率越高，则曝光所用时间越短，所形成的光纤光栅的反射率越高；扫描曝光制作光纤光栅时，在相同的曝光参数下，扫描移动方向的不同会导致光栅旁瓣分布规律的不同，由此提出了光栅制作过程中存在“热致啁啾”现象。
光纤光学 光纤布拉格光栅 热效应 相位掩模 热致啁啾 激光与光电子学进展
2011, 48(12): 120602
