1 中国科学院电工研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院, 江苏 南京 211102
为解决相位生成载波-反正切解调算法(PGC-Atan)的非线性失真问题，搭建了基于改进型PGC-Atan算法的非本征型法珀传感器(EFPI)解调系统。首先，理论分析了载波相位调制深度(C)偏离最优值、伴生调幅、载波相位延迟等非线性因素对经典PGC-Atan算法中参与反正切运算的正弦与余弦两路信号的影响。然后，针对外调制或伴生调幅较小的情况，提出了一种基于系数补偿的改进型PGC-Atan算法(PGC-CC-Atan)。该算法通过构造与C值和载波相位延迟有关的系数，消除反正切运算中的非线性参数。针对内调制情况，提出了一种基于椭圆拟合的改进型PGC-Atan算法(PGC-EF-Atan)。该算法通过基于分块矩阵的最小二乘法拟合椭圆并提取3个椭圆参数，进而将受非线性因素影响的正弦与余弦两路信号校正为正交信号。最后，通过仿真验证了改进型算法的正确性，并采用高调制特性的垂直腔面发射激光器(VCSEL)和常规腔长的EFPI等搭建PGC解调系统，对比经典PGC-Atan算法与两种改进型算法的解调性能，证实了改进型算法非线性失真抑制的有效性。实验结果表明：一定C值范围内，两种改进型算法可在非线性因素影响下有效解调。PGC-EF-Atan算法相较于PGC-CC-Atan算法，解调信纳比提升了11.602 dB，总谐波失真降低了10.951%。两种改进型算法中，PGC-EF-Atan算法对非线性失真的抑制效果更好，且解调线性度良好，准确度高。
相位生成载波解调 非线性失真 椭圆拟合 光纤法珀传感器 phase generated carrier demodulation nonlinear distortion elliptic fitting fiber optic fabry-perot sensor
Author Affiliations
Abstract
The key Laboratory of Optoelectronic Technology & System (Ministry of Education), Chongqing University, Chongqing 400044, China
In this study, we present a dual-Fizeau-interferometer-based high-speed and wide-range fiber-optic Fabry-Perot (F-P) demodulation system. We employ two Fizeau interferometers with air cavity thickness satisfying the quadrature requirement to increase the demodulation speed and broaden the demodulation range in order to address the issues of the existing fiber F-P demodulation system’s sluggish demodulation rate and limited range. In order to investigate the demodulation properties of the dual-Fizeau-interferometer-based demodulation system, we derive and create a theoretical model of the system. The theoretical model, which primarily consists of the structural design of the interferometer and the study of the center wavelength of the light sources and their bandwidth selection, is used to construct the optical structure of the demodulation system. According to the calculation results, the demodulated signal exhibits the best contrast ratio when the two light sources’ respective center wavelengths are 780 nm and 850 nm, and their bandwidths are 28 nm and 30 nm. Finally, we finish evaluating the demodulation system’s demodulation performance, parameter calibration, and assembly debugging. The test results demonstrate the constant operation of the demodulation system, an update rate of 100 kHz, a demodulation range of 4.74 μm, and a cavity length resolution of approximately 5 nm. Additionally, the system can perform high speed demodulation thanks to the light emitting diode’s (LED’s) nanosecond level switching speed and the usage of a single point detector.
Fiber-optic Fabry-Perot sensor Fizeau interferometer LED optical path difference quadrature requirement Photonic Sensors
2023, 13(2): 230229
1 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
2 武汉理工大学 光纤传感技术与信息处理教育部重点实验室, 武汉 430070
提出并研制了一种基于蓝宝石晶片的光纤法布里-珀罗(法珀)高温传感器.该传感器采用斜端面蓝宝石光纤作传输波导, 蓝宝石晶片作法珀干涉仪, “陶瓷插芯-陶瓷套管”结构做为传感器的固定结构.通过傅里叶变换-最小均方差联合算法解调传感器的反射光谱, 实现了20℃～1 000℃范围内的温度测量, 测试准确度为±2.5℃.该传感器具有体积小、成本低、制作简单以及重复性高的优点, 可用于高温环境下稳定、精确的温度测量.
光纤法珀传感器 蓝宝石晶片 高温测量 蓝宝石光纤 算法 Fiber-optic Fabry-Perot sensor Sapphire wafer High temperature measurement Sapphire fiber Algorithm 光子学报
2016, 45(12): 1228003
1 电子科技大学宽带光纤传输与通信网技术教育部重点实验室, 四川 成都 610054
2 重庆大学光电技术与系统教育部重点实验室, 重庆 400044
在很多高温环境应用中,诸如发动机、飞机和宇航器、复合材料的健康监测,需要精确测量应变。针对这种场合提出了一种基于激光脉冲制作的长周期光纤光栅/法布里-珀罗(LPFG/F-P)温度-应变组合光纤传感器。该传感器由长周期光纤光栅与光纤法布里-珀罗干涉传感器级联构成,其中长周期光纤光栅由高频CO2激光脉冲制作,用于监测温度; 光纤法布里-珀罗干涉传感器由157 nm准分子激光脉冲制作,用于监测应变。这种新型组合光纤传感器最大的特点是能承受500 ℃的高温并能在高温环境下实现应变的精确测量, 可望在高温恶劣环境条件下的结构(如飞机发动机)健康监测、复合材料生产过程监测等应用中发挥重要作用。
光纤光学 光纤传感器 长周期光纤光栅 法布里-珀罗光纤传感器 激光微加工 高温 应变
