作者单位
摘要
1 重庆理工大学智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心重庆市光纤传感与光电检测重点实验室,重庆 400054
2 眉山三苏祠博物馆,四川 眉山 620010
3 重庆自然博物馆,重庆 400711
为了实现相对湿度高灵敏、快速、准确的检测,本文提出了一种基于壳聚糖/聚乙烯醇/纳米碳粉复合物涂敷的光纤布拉格光栅湿度传感器。建立了传感器检测相对湿度的理论模型。实验研究了湿度敏感(简称湿敏)膜成分与厚度、温度及光辐射对传感器性能的影响。研究表明,当壳聚糖与聚乙烯醇中纳米碳粉掺杂的质量分数为10%、湿敏膜厚度为185 μm时,相对湿度在20%RH~90%RH(相对湿度单位)范围内传感器灵敏度达到57.7 pm/(%RH),响应时间为420 s,恢复时间为540 s。将传感器封装在黑色聚四氟乙烯毛细管内,且通过引入温度补偿光纤布拉格光栅(FBG-T)的方法对温度进行解耦后,在温度为5~65 ℃、光辐射波长为220~1200 nm、光辐射强度为50 mW/cm2时,传感器测量结果可免疫温度和光辐射的影响,测量结果准确性高、重复性好,且最大相对误差小于5.8%。
光纤布拉格光栅 湿度传感器 灵敏度 响应时间 准确度 fiber Bragg grating humidity sensor sensitivity response time accuracy 
光学学报
2024, 44(4): 0428003
Author Affiliations
Abstract
1 College of Optical and Electronic Technology, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
2 College of Materials and Chemistry, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
The pandemic of respiratory diseases enlightened people that monitoring respiration has promising prospects in averting many fatalities by tracking the development of diseases. However, the response speed of current optical fiber sensors is still insufficient to meet the requirements of high-frequency respiratory detection during respiratory failure. Here, a scheme for a fast and stable tachypnea monitor is proposed utilizing a water-soluble C60-Lys ion compound as functional material for the tracking of humidity change in the progression of breath. The polarization of C60-Lys can be tuned by the ambient relative humidity change, and an apparent refractive index alteration can be detected due to the small size effect. In our experiments, C60-Lys is conformally and uniformly deposited on the surface of a tilted fiber Bragg grating (TFBG) to fabricate an ultra-fast-response, high-sensitivity, and long-term stable optical fiber humidity sensor. A relative humidity (RH) detecting sensitivity of 0.080 dB/% RH and the equilibrium response time and recovery time of 1.85 s and 1.58 s are observed, respectively. Also, a linear relation is detected between the resonance intensity of the TFBG and the environment RH. In a practical breath monitoring experiment, the instantaneous response time and recovery time are measured as 40 ms and 41 ms, respectively, during a 1.5 Hz fast breath process. Furthermore, an excellent time stability and high repeatability are exhibited in experiments conducted over a range of 7 days.
humidity sensor fullerene derivative optical fiber sensing tilted fiber Bragg grating nanomaterials 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 021201
作者单位
摘要
1 中山大学电子与信息工程学院,广东 广州 510006
2 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海 200241
目前光声成像中用于探测超声波的主流器件是基于压电材料的超声换能器,考虑到这类换能器的探测性能随器件尺寸的减小而大幅下降,科研者们近年来开始逐渐关注于小型化光学超声传感器的研究与开发。相较于传统的压电超声换能器,这些小型化的光学超声传感器通常具备较宽的探测带宽和与尺寸几乎无关的高灵敏度,在推动更深和更高分辨率的光声成像方面展现出了巨大的潜力。本文首先对光学超声传感器的发展历程进行了简要回顾,然后比较了3种重要的小型化光学超声传感器以及并行寻址的方法,其次介绍了这些传感器在光声活体成像方面的应用进展,最后展望了光学超声传感器的未来前景。
光声成像 光学超声传感器 片上器件 法布里-珀罗干涉仪 光纤布拉格光栅 微环谐振器 photoacoustic imaging optical ultrasound sensor on-chip device Fabry-Pérot interferometers fiber Bragg grating micro-ring resonator 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211032
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Applied Physics, College of Mathematics and Physics, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China
2 School of Electronics and Information, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China
3 Chengdu Development Center of Science and Technology of CAEP, Chengdu 610299, China
Aiming for suppressing side-mode and spectrum broadening, a slit beam-shaping method and super-Gaussian apodization processing for femtosecond laser point-by-point (PbP) inscription technology of fiber Bragg gratings (FBGs) are reported here. High-quality FBGs, featuring narrow bandwidth of less than 0.3 nm, high reflectivity above 85%, low insertion loss (0.21 dB), and low cladding loss (0.82 dB), were obtained successfully. By a semi-automatic PbP inscription process, an array consisting of six FBGs, exhibiting almost no side-mode peaks with high suppression ability and narrow bandwidth, was fabricated along three independently developed single-mode fibers with an interval of 20 mm.
femtosecond laser processing fiber Bragg grating slit beam shaping 
Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 010501
作者单位
摘要
暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室,广东 广州 510632
基于光纤中的瑞利、布里渊、拉曼等散射效应以及弱反射阵列的分布式光纤传感(DOFS)能够对光纤损耗、温度、应变、振动、声音等多种参量实现长距离、高空间分辨率的实时监测,受到了越来越多的关注,具有非常广阔的应用。在DOFS中使用编码脉冲序列增加DOFS的信号能量,是提高传感性能的一个重要技术途径。因此,编码技术的应用一直是DOFS研究的一个重要领域。综述了DOFS中编码技术的研究进展,阐述了编码技术提高传感性能的技术原理,归纳了不同编码方案的设计和实现方法,分析了不同类型DOFS的技术特征及其相应的编码技术应用方法。最后,对DOFS中的编码技术的发展进行了展望。
传感器 分布式光纤传感器 编码技术 光纤瑞利传感器 光纤布里渊传感器 光纤拉曼传感器 光纤弱光栅阵列传感器 sensors distributed optical fiber sensor coding technique fiber Rayleigh sensor fiber Brillouin sensor fiber Raman sensor weak fiber Bragg grating array sensor 
光学学报
2024, 44(1): 0106013
作者单位
摘要
国防科技大学气象海洋学院,湖南 长沙 410073
提出一种瑞利散射信号诱导串扰抑制技术。理论分析表明,采用相位调制器对高相干连续光施加余弦相位调制,可通过设置相位调制频率抑制瑞利散射信号和由其诱导产生的通道串扰,余弦相位调制的幅度越大,串扰抑制效果越好。以基于弱反射率光纤光栅的准分布式声波传感系统为例,开展了瑞利散射诱导通道串扰抑制技术实验研究,实验中串扰抑制了23.85 dB,实验结果验证了所提方法的有效性。
光纤光学 光纤传感 分布式光纤传感 分布式声波传感 光纤布拉格光栅 fiber optics fiber optic sensing distributed fiber optic sensing distributed acoustic sensing fiber Bragg grating 
光学学报
2024, 44(1): 0106029
作者单位
摘要
1 南京信息职业技术学院 网络与通信学院,南京 210023
2 南京大学 现代工程与应用科学学院,南京 210023
提出了一种无波长校正的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统,可在未对基于重构等效啁啾(REC)技术制造的扫频DFB激光器进行波长线性校正的情况下,识别波长变化,并解调出光栅传感器的温度变化。所提无波长校正FBG传感系统可以在200 ℃范围内进行精确的温度检测,测得的波长与温度的线性系数1-R2仅为0.004 4。该传感系统光源在1 kHz的锯齿波调制下,调谐范围可达2.5 nm,且测量过程中无需额外波长校正器件。
光纤布拉格光栅 重构等效啁啾技术 分布式反馈激光器 无波长线性校正 可调谐激光器 Fiber Bragg grating Reconstruction equivalent chirp technique Distributed feedback laser Wavelength correction free Tunable laser 
光子学报
2023, 52(12): 1206004
作者单位
摘要
安徽工业大学 电气信息与工程学院,马鞍山 243032
为了进一步提高人体姿势在生物医学和运动学中的识别精度,设计了一种基于光纤布拉格光栅柔性传感器人体姿势识别的智慧鞋垫,并结合K折交叉验证支持向量回归算法提升识别精度。采用COMSOL仿真软件分析足底受力分布,确定4个关键受力点布设光纤布拉格光栅传感器,采用波分复用方式进行连接。征集25名参与者分别完成8种不同人体姿势,记录该串光纤布拉格光栅传感器200组中心波长变化量并构建数据集。引入K折交叉验证支持向量回归模型进行数据处理,经K折交叉验证自动搜索支持向量回归惩罚因子和径向基函数参数的最优值分别为0.5和8。实验结果表明K折交叉验证支持向量回归模型的相关系数为0.999 6,均方根误差和平均绝对误差分别为0.050 2、0.044 6,较SVR回归模型的均方根误差和平均绝对误差分别降低0.460 4、0.087 7,有效提高人体姿势的识别精度。
光纤布拉格光栅 鞋垫 人体姿势 K折交叉验证 支持向量回归 Fiber Bragg grating Insole Human posture K-fold cross validation Support vector regression 
光子学报
2023, 52(12): 1206003
作者单位
摘要
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
2 珠海光库科技股份有限公司,珠海 519080
针对光纤激光中的高阶色散失配问题,基于传统光脉冲群延迟原理,提出了一种非线性啁啾光纤光栅的色散分析数学模型,推导了布拉格反射波长与色散参量及色散斜率的数值关系。同时,利用该模型研制了两款用于1 μm波段超快光纤激光的非线性啁啾光纤光栅,可将入射脉冲宽度分别展宽至150 ps或1 ns以上,并通过光谱干涉法获得了两款光纤光栅的色散曲线。研究结果表明,两款光纤光栅的色散参量实测值分别为-10.3 ps/nm和-107 ps/nm,色散斜率实测值分别为-0.013 ps/nm2和-0.087 ps/nm2,与设计参数具有良好的一致性。这可为啁啾光纤光栅的设计分析和生产测试提供新的解决思路和参考依据。
光纤光栅 色散 色散测量 超快光学 非线性 Fiber Bragg grating Dispersion Dispersion measurement Ultrafast optics Nonlinear 
光子学报
2023, 52(12): 1205001
作者单位
摘要
1 国网新疆电力有限公司,新疆乌鲁木齐 830000
2 国网新疆电力有限公司喀什供电公司,新疆乌鲁木齐 830000
3 国网新疆电力有限公司电力科学研究院,新疆乌鲁木齐 830000
4 北京物联感知科技有限公司,北京 101100
针对光纤复合架空地线(OpticalFiberCompositeOverheadGroundWire,OPGW)输电线监测中温度变化、杆塔倾斜同时存在等问题,设计了基于光纤光栅的波分复用多参数监测阵列。从理论模型出发推导了光栅应变与温度及倾斜的数学关系,然后将杆塔模型导入到 CMOSOLMultiphysics进行定性分析,最后进行温度及倾斜试验。试验结果表明基于光纤光栅的杆塔温度监测分辨率可达 0.1℃,倾角传感器的倾角相关系数 K值为 0.0501nm/°,证明所提出监测阵列具有良好的电力行业监测应用前景。
光纤光栅 光纤复合架空地线 温度监测 倾斜监测 波分复用 fiber Bragg grating optical fiber composite overhead ground wire temperature monitoring slope monitoring wavelength division multiplex 
光学与光电技术
2023, 21(4): 107

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