雙芯光纖長(zhǎng)周期光纖光柵及其耦合特性

摘要 地下工程施工對(duì)周?chē)h(huán)境包括地面臨近建筑物、道路、和既有地 下工程的影響是地下空間開(kāi)開(kāi)發(fā)利用所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。為確保施工 安全，對(duì)地下工程的安全和穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、評(píng)估和預(yù)測(cè)以趨利避 害，已成為地下工程發(fā)展的迫切要求。地下工程監(jiān)測(cè)目前廣泛采用的 常規(guī)監(jiān)測(cè)技術(shù)和傳統(tǒng)電傳感器采集數(shù)據(jù)的方法不僅監(jiān)測(cè)范圍小、效率 低，且有限的測(cè)點(diǎn)難以反映目標(biāo)系統(tǒng)的整體情況；同時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 容易受到外界環(huán)境中各類(lèi)不利因素的影響，無(wú)法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性 與長(zhǎng)期穩(wěn)定光纖bragg光柵(fbg)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一種 新型全光纖無(wú)源器件利用其可制成多種傳感器，如溫度、應(yīng)變、應(yīng)力、 壓強(qiáng)等傳感器。近年來(lái)，fbg傳感技術(shù)以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)逐漸應(yīng)用于結(jié) 構(gòu)、巖土等領(lǐng)域，但多為長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)，其在施工過(guò)程的應(yīng)用罕見(jiàn)。 本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)分fbg傳感器的優(yōu)勢(shì),并通過(guò)實(shí)際隧道工程施工的 應(yīng)

光纖光柵剖析

文章介紹了雙芯光纖的結(jié)構(gòu)及其傳輸特性,并對(duì)雙芯光纖在光通信與光纖傳感領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了敘述。在文章的最后介紹了我們制作的雙芯光纖及其測(cè)量的傳輸曲線(xiàn),并討論了將雙芯光纖作為濾波器在光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)中應(yīng)用的前景。

光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器

為了拓寬光纖耦合器的使用范圍,開(kāi)發(fā)光纖耦合器的新功能,采用熔錐技術(shù)制作波長(zhǎng)敏感耦合器,該耦合器在分光的同時(shí)對(duì)波長(zhǎng)敏感。通過(guò)耦合理論驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論值相符合。實(shí)驗(yàn)中得到波長(zhǎng)靈敏度最大值為17.86%/nm的耦合器。采用拉錐工藝制作波長(zhǎng)敏感耦合器工藝簡(jiǎn)單,耦合比峰值對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)控制易于實(shí)現(xiàn)。該耦合器可用于光纖光柵布拉格波長(zhǎng)漂移解調(diào)。令待解調(diào)光纖光柵布拉格波長(zhǎng)與耦合器波長(zhǎng)靈敏度最大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)一致,當(dāng)波長(zhǎng)發(fā)生漂移時(shí),耦合器輸出耦合比發(fā)生變化。自制的波長(zhǎng)敏感耦合器實(shí)現(xiàn)了對(duì)布拉格波長(zhǎng)為1566.71nm光纖光柵波長(zhǎng)漂移的解調(diào),波長(zhǎng)漂移1.80nm,耦合比變化20.34%。此種解調(diào)方式具有光路簡(jiǎn)單,易于與光纖匹配的優(yōu)點(diǎn),可以應(yīng)用在大型建筑中光纖光柵的健康監(jiān)測(cè)。

本文通過(guò)對(duì)光纖結(jié)構(gòu)及原理的了解,解釋了光纖中光波傳播的主要特點(diǎn)。在了解了光纖光柵傳感器構(gòu)造及工作原理的同時(shí),以鋼板-混凝土結(jié)構(gòu)材料為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?利用光纖光柵傳感器作為檢測(cè)儀器,通過(guò)在鋼板-混凝土材料構(gòu)成的橋面上布置不同數(shù)量和種類(lèi)的fbg,同時(shí)認(rèn)為施加不同載荷,觀察fbg的檢測(cè)結(jié)果和檢測(cè)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)證明,光纖光柵傳感器對(duì)于鋼板-混凝土組成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的無(wú)損檢測(cè),其安全系數(shù)和檢測(cè)效率較其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,傳感技術(shù)也是得到質(zhì)的飛躍,光纖光柵傳感技術(shù)與傳統(tǒng)傳感技術(shù)相比有著很多優(yōu)勢(shì),因此在很多行業(yè)中得到了應(yīng)用。文章就對(duì)光纖光柵傳感技術(shù)做一個(gè)簡(jiǎn)單地分析,同時(shí)介紹了其在一些領(lǐng)域的具體應(yīng)用。

目前,水利水電工程中的長(zhǎng)隧洞越來(lái)越多,傳統(tǒng)的差動(dòng)電阻式和振弦式等監(jiān)測(cè)儀器已很難滿(mǎn)足長(zhǎng)隧洞監(jiān)測(cè)的需要。結(jié)合牛欄江-滇池補(bǔ)水工程,介紹了光纖光柵儀器在長(zhǎng)隧洞監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用,結(jié)果表明光纖光柵儀器能滿(mǎn)足長(zhǎng)隧洞監(jiān)測(cè)的需要。

采用耦合波理論分析了光纖光柵對(duì)光的反射機(jī)理及其傳感原理,提出了光纖光柵在溫度測(cè)量和位移測(cè)量中的應(yīng)用方案,給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,展望了光纖光柵在光纖傳感和光纖通信方面的應(yīng)用前景.

介紹了一種利用光纖f-p濾波器解調(diào)的、可同時(shí)測(cè)量應(yīng)變及溫度兩種參數(shù)的光纖光柵傳感系統(tǒng)。將一個(gè)光纖光柵的長(zhǎng)度分成相等的兩部分,其中一部分的兩端固定在一塊鋼板上,另一部分處于自由狀態(tài)。根據(jù)這兩部分光纖光柵對(duì)應(yīng)變及溫度的不同感應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)變及溫度的同時(shí)測(cè)量?？衫貌ǚ謴?fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式應(yīng)變及溫度的測(cè)量。應(yīng)變、溫度的測(cè)量分辨率分別可達(dá)1.3με及0.12℃。

提出了一種由單個(gè)光纖光柵和一個(gè)光纖方向耦合器組成的新型全光纖反射器,推導(dǎo)出了當(dāng)光柵為均勻bragg光柵、器件任意端口輸入時(shí),任何一端口的輸出解析式。分析表明器件具有法布里-珀羅腔干涉儀的特點(diǎn),耦合器的耦合比系數(shù)類(lèi)似于法布里-珀羅腔的反射率,耦合比系數(shù)越大,輸出光譜半高全寬度(fwhm)越窄,消光比越好。當(dāng)耦合比系數(shù)大于0.8時(shí),fwhm可以窄到0.02nm,消光比大于0.9。如果光柵是“強(qiáng)”耦合,器件具有均勻分布的多通道梳狀輸出特性;光柵為“弱”耦合時(shí),則能實(shí)現(xiàn)fwhm小于0.02nm的單頻輸出。器件只需單個(gè)光柵,克服了制作兩個(gè)完全相同光柵的困難。

根據(jù)wdm光纖耦合器波長(zhǎng)解調(diào)方案的工作原理、偏振特性以及影響系統(tǒng)波長(zhǎng)分辨力的因素,提出一種改進(jìn)的利用wdm光纖耦合器的光纖光柵傳感解調(diào)技術(shù)。該技術(shù)在原技術(shù)的基礎(chǔ)上,采用偏振控制器控制入射光偏振狀態(tài),提高了解調(diào)的精度和穩(wěn)定性。對(duì)wdm光纖耦合器的多次波長(zhǎng)掃描結(jié)果表明,采用偏振控制器后,其波長(zhǎng)誤差可減小到5pm左右。實(shí)驗(yàn)采用1540/1560nm的wdm光纖耦合器對(duì)單點(diǎn)光纖光柵應(yīng)變傳感器進(jìn)行靜態(tài)解調(diào),結(jié)果表明:按此技術(shù)開(kāi)發(fā)的解調(diào)系統(tǒng)具有0.01nm波長(zhǎng)分辨力和10nm的波長(zhǎng)線(xiàn)性解調(diào)范圍。

為了有效縮小光纖光柵尺寸,提高光電轉(zhuǎn)換間的耦合效果。文章在基于光纖光柵的基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,給出了在光纖光柵中插入四、五層金屬光柵的實(shí)現(xiàn)方法。該方法基于表面等離子體激元(surfaceplasmonpolaritons,spps)的光纖布拉格光柵,可以把原有的光纖光柵尺寸縮小一個(gè)量級(jí),而且不增加光在光子器件中的損耗。仿真分析表明,spps在光傳播過(guò)程中可起到能量補(bǔ)償作用,并可產(chǎn)生增透現(xiàn)象。

根據(jù)理想模展開(kāi)下的耦合模方程,對(duì)光纖布拉格光柵的峰值反射率公式進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到了布拉格光纖光柵的光譜反射率表達(dá)式。全面討論了光柵周期、光纖柵長(zhǎng)、光致折射率微擾最大值等參數(shù)與光纖光柵反射光譜的關(guān)系。仿真結(jié)果顯示了固定參數(shù)下布拉格光柵的極限窄帶寬,得到的反射率為1、帶寬為0.02nm的窄帶寬布拉格光柵,比現(xiàn)今分布式傳感系統(tǒng)中使用的布拉格光柵的帶寬窄1個(gè)數(shù)量級(jí)。這種布拉格光纖光柵用于分布式傳感系統(tǒng),可大大提高分布式傳感系統(tǒng)中光源的帶寬利用率,消除各信號(hào)間的相互串?dāng)_,提高傳感光柵復(fù)用數(shù)目,降低解調(diào)系統(tǒng)成本。

光纖光柵就是纖芯折射率的空間周期分布,它能夠?qū)崿F(xiàn)頻域的濾波特性。利用光纖光柵的這一特性,可構(gòu)成許多性能獨(dú)特的光纖無(wú)源器件,再加之光纖本身具有傳輸損耗低、抗電磁干擾、輕質(zhì)柔韌等優(yōu)點(diǎn),因此光纖光柵在光纖通信、光纖傳感和光信息處理等領(lǐng)域得到了廣闊的應(yīng)用。文中綜述了光纖光柵的發(fā)展史、基本概念、基本原理、分類(lèi)和制作方法。

通過(guò)將單芯單模光纖與雙芯單模光纖熔接后在熔點(diǎn)處進(jìn)行熔融拉錐,實(shí)現(xiàn)了單芯光纖到雙芯光纖的功率耦合,解決了由于雙芯光纖特殊結(jié)構(gòu)引起的與光源、單芯光纖等直接耦合及監(jiān)測(cè)所存在的問(wèn)題。對(duì)單芯單模光纖與雙芯單模光纖的耦合理論進(jìn)行了研究,基于直接耦合理論與弱耦合理論建立了單芯單模光纖與雙芯單模光纖的耦合方程,并就影響耦合光功率的因素進(jìn)行了討論。結(jié)果表明該理論分析方法能夠有效地描寫(xiě)單芯光纖與雙芯光纖耦合過(guò)程中光波的行為特征。

基于labview的光纖光柵傳感監(jiān)測(cè)軟件 摘要：基于labview的光纖光柵傳感監(jiān)測(cè)軟件，可 以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示和報(bào)警等功能。該軟件界面清 晰易懂、使用方便、功能擴(kuò)展性強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定，可以在安全 監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮重要的作用，同時(shí)推進(jìn)了光纖光柵傳感器在生 活中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：光纖光柵傳感器；虛擬儀器；數(shù)據(jù)庫(kù) 中圖分類(lèi)號(hào)：tp311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 隨著技術(shù)的發(fā)展，光纖光柵傳感器廣泛地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng) 域，如電力電網(wǎng)、橋梁隧道、石油化工、航空航天，實(shí)現(xiàn)了 高精度、遠(yuǎn)距離、分布式和長(zhǎng)期性監(jiān)測(cè)的技術(shù)要求。本文針 對(duì)光纖光柵傳感系統(tǒng)，提出了一種基于虛擬儀器技術(shù)的監(jiān)測(cè) 軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。為實(shí)際工程的管理提供了更加可靠 的技術(shù)保障，具有廣闊的應(yīng)用前景。 1光纖光柵傳感技術(shù) 光纖光柵是利用紫外光改變光纖材料性質(zhì)，在光纖上制 作成的一種光學(xué)無(wú)源器件，光纖光柵傳感技術(shù)是利用測(cè)量環(huán) 境對(duì)光

將光纖光柵(fbg)封裝入以超磁致伸縮材料(gmm)與永磁體構(gòu)成的傳感基座內(nèi)形成系統(tǒng)核心傳感部件,并將其放置于電流形成的磁場(chǎng)中,構(gòu)成電流傳感器。利用光纖邁克爾遜干涉儀(mi)對(duì)fbg波長(zhǎng)的變化進(jìn)行解調(diào),從而獲得被測(cè)交流電流信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,檢測(cè)幅值100a~2000a的交變電流時(shí),該傳感器對(duì)交變電流具有良好的線(xiàn)性響應(yīng)。

２００６年第２光通信技術(shù) 中文核心期刊 光纖光柵傳感的解調(diào)方法 王向宇，喬學(xué)光，李明，賈振安，劉欽朋，李婷 （西安石油大學(xué)陜西省光電傳感測(cè)井重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安７１００６５） 專(zhuān)題聚焦 摘要：介紹了光柵傳感系統(tǒng)的組成，分析了常用的三 種光源：ｌｄ、ｌｅｄ和摻鉺光源的性能。描述了在光柵解 調(diào)中常用的濾波法、干涉法、可調(diào)諧激光掃描法、啁啾 光柵檢測(cè)法、光柵色散法等幾種信號(hào)解調(diào)技術(shù)并進(jìn)行 了簡(jiǎn)要的評(píng)述。 關(guān)鍵詞：光纖光柵；光源；傳感；解調(diào) 中圖分類(lèi)號(hào)：ｔｎ９２９．１１文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ａ １引言 光纖傳感器是利用光在光纖中傳播引起光干涉、 衍射、偏振、反射、損耗等物理特征的變化，進(jìn)行各種 物理測(cè)量的裝置和器件。波長(zhǎng)調(diào)制型的光纖光柵傳感 器具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)；傳感頭結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單（尺寸小，易于集成）；利用波分復(fù)用技術(shù)可形成

光纖光柵的解調(diào)技術(shù)

傳感器總長(zhǎng)810mm,直徑為2.5mm,4根光纖布喇格光柵(fiberbragggrating,fbg)互成90°分布在用記憶合金絲(shapmemoryalloy,sma)做基材的表面.通過(guò)在波分復(fù)用的基礎(chǔ)上添加光時(shí)分復(fù)用來(lái)改進(jìn)傳感網(wǎng)絡(luò)布置,提高測(cè)量精度;同時(shí),設(shè)計(jì)了一套封裝裝置來(lái)確保封裝時(shí)fbg與基材之間的準(zhǔn)確定位以及黏結(jié)劑能夠均勻的涂覆在基材和fbg表面,提高傳感器的封裝精度.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該fbg形狀傳感器的測(cè)量精度為3.1％.

基于碳納米管涂覆的傾斜光纖光柵是一種理想的低成本熱線(xiàn)式風(fēng)力傳感器,其可以用來(lái)進(jìn)行風(fēng)力的實(shí)驗(yàn)測(cè)量。針對(duì)輸入傾斜光纖光柵的不同功率以及碳納米管涂覆厚度這兩方面,設(shè)計(jì)不同的風(fēng)力實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與測(cè)量,并獲得中心波長(zhǎng)與風(fēng)力變化的最終關(guān)系。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線(xiàn)進(jìn)行分析,得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論:在適當(dāng)范圍內(nèi),激光功率越高,涂覆厚度越厚,靈敏度越高,風(fēng)力傳感實(shí)驗(yàn)效果越好。通過(guò)實(shí)驗(yàn),使學(xué)生了解基于光纖的新型熱線(xiàn)式風(fēng)力傳感的工作原理,將理論與實(shí)踐相結(jié)合,激發(fā)學(xué)生對(duì)光纖傳感前沿應(yīng)用的興趣和積極性。