天津大学精密仪器与光电子工程学院，光电信息技术教育部重点实验室， 天津市光纤传感工程中心，天津 300072
提出一种基于光频域反射（OFDR）差分相位解调的拉锥光纤分布式折射率传感方法。首先，理论分析了差分相位解调方法的原理并仿真计算了相位随外界折射率变化的灵敏度特性。实验中利用平均去噪与小波平滑实现了340 μm传感空间分辨率的分布式折射率传感解调，其中有效传感区域的长度为45 mm，相位与外界折射率变化的线性拟合度为0.997，各折射率下的最大标准差为0.0067 rad，灵敏度为1328.6 rad/RIU，接近仿真结果1483.7 rad/RIU。与互相关解调方法相比，差分相位解调方法的线性拟合度与标准差均较优，且传感空间分辨率提升了10倍。这种基于差分相位的解调方式为实现微米级分布式生物传感提供了思路。
光纤光学 分布式光纤传感 折射率传感 光频域反射技术 差分相位解调 拉锥光纤
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西北核技术研究所，陕西 西安 710024
3 西安近代化学研究所，陕西 西安 710065
为实现冲击波动态信号的测量，研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法布里-珀罗压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真，搭建了静态和动态压力测量系统，并对其进行测试与分析。结果表明：在0~60 MPa的静态压力测量范围内，传感器的波长灵敏度和腔长灵敏度分别为0.0809 nm/MPa和0.3200 nm/MPa，与仿真结果一致；在动态压力测量中，传感器成功捕捉到了压力峰值为7.41 MPa和上升时间为75 ns的冲击波信号。
光纤传感器 法布里-珀罗腔 薄膜 压力测量
1 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
2 光通信技术和网络全国重点实验室，武汉 430074
3 武汉邮电科学研究院有限公司，武汉 430074
4 中国移动通信有限公司，北京 100033
【目的】针对分布式光纤传感系统单跨传感距离受限问题，文章提出了基于远程泵浦光放大器（ROPA）遥泵技术的相位敏感光时域反射仪（φOTDR）分布式光纤传感系统。
【方法】采用偏振分集接收技术，获取彼此正交的偏振信号以解决偏振失配问题，分频带处理后抑制相干衰落与偏振衰落。应用高阶拉曼泵浦技术与级联遥泵放大技术，3个远程增益单元选取合适的增益介质长度，引入传输链路中适当位置，耦合远程泵浦单元发送的泵浦光与信号光使铒离子得到激励，实现信号光的无中继放大，解决了现有φOTDR单跨距传感距离不足的问题。
【结果】实验结果表明，采用同相正交（IQ）解调算法，压电换能器（PZT）加扰的100 Hz扰动信号可实现线性还原。
【结论】结果表明，文章所提系统可实现176.6 km超长单跨距振动信号传感，打破了现有φOTDR单跨距传感距离记录。前176 km振动曲线平稳且振幅低于0.4 rad，三维（3D）瀑布图中无扰动位置相对平稳，链路末端PZT加扰的扰动信号可准确感知。经快速傅里叶变换（FFT）处理后，100 Hz扰动信号的信噪比为8.9 dB。实验结果对于搭建超长跨距φOTDR传感系统提供了一定参考价值，对φOTDR系统的无中继超长距离传感发展具有一定意义。
分布式光纤传感技术 相位敏感光时域反射仪 远程泵浦光放大器 distributed optical fiber sensor technology φOTDR ROPA 光通信研究
2024, 50(2): 22007601
红外与激光工程
2024, 53(2): 20230602
1 南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏 南京 210044
提出并制备了一种基于法布里-珀罗干涉仪（FPI）和反共振（AR）效应的光纤温湿度传感器。将单模光纤（SMF）和端面固化了聚酰亚胺（PI）的带涂层无芯光纤（NCF）插入非封闭硅管两端构建FPI，利用具有相似光程的空气腔和空气-PI混合腔产生光谱叠加的游标效应，显著提高相对湿度检测灵敏度。NCF包层的光和部分折射进丙烯酸树脂涂层的光耦合形成AR，利用温度引起涂层折射率的改变导致AR非透射波长产生漂移，实现对温度的高灵敏度测量。实验结果表明：在10%~80%的相对湿度范围内，相对湿度灵敏度为510.25 pm/%；在26~35 ℃的温度范围内，温度灵敏度可达-4.48 nm/℃。该传感器具有成本低、灵敏度高的优点，在生物医学、健康监测等方面具有重要的应用价值。
传感器 光纤传感器 温湿度 游标效应 法布里-珀罗干涉仪 反共振
1 中国民航大学电子信息与自动化学院，天津 300300
2 中国民航大学空中交通管理学院，天津 300300
为解决复杂多变环境下光纤入侵事件因噪声干扰识别困难、误报率高的问题，提出了基于改进的奇异谱分析和遗传算法优化的双向长短期记忆神经网络的入侵事件识别方法。首先，为了减少噪声对识别效果的影响采用改进的奇异谱分析法去噪，对入侵信号及其分量进行迭代奇异谱分析去噪，并利用信号贡献率的大小来确定信号重构的秩阶次，调节信号分量去噪的程度，实现光纤信号的去噪。然后，利用遗传算法优化神经网络结构参数，构建双向长短期记忆神经网络提取光纤信号空间特征，最后基于以上方法对攀爬、跑动、敲击、静态、大风、雨天6种实测信号进行入侵事件识别实验，实验结果表明，在双Mach-Zehnder光纤周界传感系统识别入侵事件过程中，改进的奇异谱分析相比普通的奇异谱分析，去噪信噪比有明显提高，平均信噪比提高了12.79 dB，平均均方根误差略有减少。遗传算法优化的双向长短期记忆神经网络较未优化神经网络平均识别率提高了5.7%，识别准确率最高可达98.1%。
光纤传感 奇异谱分析 遗传算法 长短期记忆神经网络 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0506001
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室，北京 100081
光频域反射计（OFDR）是一种分布式光纤测量技术。将扫频激光注入光纤链路，对后向瑞利散射光进行频域分析，定位光纤链路上的反射点位置及强度。由于其具有高精度、高空间分辨率等特点，广泛地应用于航空航天、智能结构、材料加工、光学网络监测、生物医学等高精度测量及制造领域。本文阐述了OFDR的基本原理，介绍了提升OFDR系统性能的关键技术研究进展，最后总结了OFDR在不同领域的应用，展望了未来的发展趋势。
光频域反射计 分布式光纤传感 后向瑞利散射 频域分析 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0500002
1 三峡大学湖北省弱磁探测工程技术研究中心，湖北 宜昌 443002
2 三峡大学理学院，湖北 宜昌 443002
提出了一种基于超弱光纤光栅阵列的长距离传感系统。基于超弱光纤光栅的离散分布和高信噪比特点，采用分段采集的方法降低系统对数据缓存和计算能力的要求，利用ZYNQ（ZYNQ-7035 All Programmable SoC）嵌入式底层硬件实现对选定空间上10 km传感段的解调。采用OptiSystem软件仿真分析系统的功率预算，精准设计入纤脉冲光功率以及拉曼光纤放大器的配置，结合电路的动态分段增益，实现长距离传感系统中的功率均衡，并搭建实验系统予以验证。结果表明：系统工作距离可以达到50 km，传感信号的强度波动小于2.2 dB，空间分辨率为1.5 m，解调速度为0.3 Hz，远端的解调精度稳定在6 pm以内，温度测量精度为±0.15 ℃，应变测量精度为±5.5 με。系统整体性能优于传统的分布式布里渊传感系统，且具有良好的可扩展性，在长距离光纤温度、应变感测上具有明显的技术优势。
光纤布拉格光栅 长距离传感 光纤传感系统 拉曼光纤放大器 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0506005
国网江苏省电力有限公司南京供电分公司，江苏 南京 210000
针对当前分布式光纤振动传感对振动干扰事件的识别容易过拟合以及泛化能力不强的问题，提出了一种基于分数阶傅里叶变换（FrFT）的分布式光纤振动事件识别方法。采用FrFT对时域振动信号进行时频变换，相比传统的时域方法多了一个新的分析维度。相比传统时频域方法，该方法不仅解决了时间分辨率和频率分辨率相互制约的问题，还增强了时频数据的特征丰富度，更利于深度模型的学习，可有效防止模型过拟合。户外实地实验表明，FrFT方法的识别准确率达到98.5%，且在专门的泛化测试集上依然能保持98%以上的准确率。同时引入更可靠的评估指标f1-score（f1-score是精确率和召回率的调和平均数）来综合评估精确率和召回率，该方法识别各事件的f1-score均高于0.975。
光纤传感 分布式光纤传感 分数阶傅里叶变换 分布式光纤振动传感 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0506003
