双芯光纤长周期光纤光栅及其耦合特性

摘要 地下工程施工对周围环境包括地面临近建筑物、道路、和既有地 下工程的影响是地下空间开开发利用所面临的关键问题。为确保施工 安全，对地下工程的安全和稳定状态进行监测、评估和预测以趋利避 害，已成为地下工程发展的迫切要求。地下工程监测目前广泛采用的 常规监测技术和传统电传感器采集数据的方法不仅监测范围小、效率 低，且有限的测点难以反映目标系统的整体情况；同时，监测数据 容易受到外界环境中各类不利因素的影响，无法保证数据的准确性 与长期稳定光纤bragg光栅(fbg)是20世纪90年代发展起来的一种 新型全光纤无源器件利用其可制成多种传感器，如温度、应变、应力、 压强等传感器。近年来，fbg传感技术以其独特优势逐渐应用于结 构、岩土等领域，但多为长期健康监测，其在施工过程的应用罕见。 本文通过室内试验分fbg传感器的优势,并通过实际隧道工程施工的 应

光纤光栅剖析

文章介绍了双芯光纤的结构及其传输特性,并对双芯光纤在光通信与光纤传感领域的应用进行了叙述。在文章的最后介绍了我们制作的双芯光纤及其测量的传输曲线,并讨论了将双芯光纤作为滤波器在光纤光栅波长解调中应用的前景。

光纤光栅传感器光纤光栅传感器

为了拓宽光纤耦合器的使用范围,开发光纤耦合器的新功能,采用熔锥技术制作波长敏感耦合器,该耦合器在分光的同时对波长敏感。通过耦合理论验证实验结果,实验数据与理论值相符合。实验中得到波长灵敏度最大值为17.86%/nm的耦合器。采用拉锥工艺制作波长敏感耦合器工艺简单,耦合比峰值对应波长控制易于实现。该耦合器可用于光纤光栅布拉格波长漂移解调。令待解调光纤光栅布拉格波长与耦合器波长灵敏度最大值对应的波长一致,当波长发生漂移时,耦合器输出耦合比发生变化。自制的波长敏感耦合器实现了对布拉格波长为1566.71nm光纤光栅波长漂移的解调,波长漂移1.80nm,耦合比变化20.34%。此种解调方式具有光路简单,易于与光纤匹配的优点,可以应用在大型建筑中光纤光栅的健康监测。

本文通过对光纤结构及原理的了解,解释了光纤中光波传播的主要特点。在了解了光纤光栅传感器构造及工作原理的同时,以钢板-混凝土结构材料为实验模型,利用光纤光栅传感器作为检测仪器,通过在钢板-混凝土材料构成的桥面上布置不同数量和种类的fbg,同时认为施加不同载荷,观察fbg的检测结果和检测数据。实验证明,光纤光栅传感器对于钢板-混凝土组成的结构进行的无损检测,其安全系数和检测效率较其他无损检测技术具有明显的优势。

随着科学技术的发展,传感技术也是得到质的飞跃,光纤光栅传感技术与传统传感技术相比有着很多优势,因此在很多行业中得到了应用。文章就对光纤光栅传感技术做一个简单地分析,同时介绍了其在一些领域的具体应用。

目前,水利水电工程中的长隧洞越来越多,传统的差动电阻式和振弦式等监测仪器已很难满足长隧洞监测的需要。结合牛栏江-滇池补水工程,介绍了光纤光栅仪器在长隧洞监测中的应用,结果表明光纤光栅仪器能满足长隧洞监测的需要。

采用耦合波理论分析了光纤光栅对光的反射机理及其传感原理,提出了光纤光栅在温度测量和位移测量中的应用方案,给出了实验结果,展望了光纤光栅在光纤传感和光纤通信方面的应用前景.

介绍了一种利用光纤f-p滤波器解调的、可同时测量应变及温度两种参数的光纤光栅传感系统。将一个光纤光栅的长度分成相等的两部分,其中一部分的两端固定在一块钢板上,另一部分处于自由状态。根据这两部分光纤光栅对应变及温度的不同感应,实现对应变及温度的同时测量。可利用波分复用技术实现对分布式应变及温度的测量。应变、温度的测量分辨率分别可达1.3με及0.12℃。

提出了一种由单个光纤光栅和一个光纤方向耦合器组成的新型全光纤反射器,推导出了当光栅为均匀bragg光栅、器件任意端口输入时,任何一端口的输出解析式。分析表明器件具有法布里-珀罗腔干涉仪的特点,耦合器的耦合比系数类似于法布里-珀罗腔的反射率,耦合比系数越大,输出光谱半高全宽度(fwhm)越窄,消光比越好。当耦合比系数大于0.8时,fwhm可以窄到0.02nm,消光比大于0.9。如果光栅是“强”耦合,器件具有均匀分布的多通道梳状输出特性;光栅为“弱”耦合时,则能实现fwhm小于0.02nm的单频输出。器件只需单个光栅,克服了制作两个完全相同光栅的困难。

根据wdm光纤耦合器波长解调方案的工作原理、偏振特性以及影响系统波长分辨力的因素,提出一种改进的利用wdm光纤耦合器的光纤光栅传感解调技术。该技术在原技术的基础上,采用偏振控制器控制入射光偏振状态,提高了解调的精度和稳定性。对wdm光纤耦合器的多次波长扫描结果表明,采用偏振控制器后,其波长误差可减小到5pm左右。实验采用1540/1560nm的wdm光纤耦合器对单点光纤光栅应变传感器进行静态解调,结果表明:按此技术开发的解调系统具有0.01nm波长分辨力和10nm的波长线性解调范围。

为了有效缩小光纤光栅尺寸,提高光电转换间的耦合效果。文章在基于光纤光栅的基本结构的基础上,给出了在光纤光栅中插入四、五层金属光栅的实现方法。该方法基于表面等离子体激元(surfaceplasmonpolaritons,spps)的光纤布拉格光栅,可以把原有的光纤光栅尺寸缩小一个量级,而且不增加光在光子器件中的损耗。仿真分析表明,spps在光传播过程中可起到能量补偿作用,并可产生增透现象。

根据理想模展开下的耦合模方程,对光纤布拉格光栅的峰值反射率公式进行了数学推导,得到了布拉格光纤光栅的光谱反射率表达式。全面讨论了光栅周期、光纤栅长、光致折射率微扰最大值等参数与光纤光栅反射光谱的关系。仿真结果显示了固定参数下布拉格光栅的极限窄带宽,得到的反射率为1、带宽为0.02nm的窄带宽布拉格光栅,比现今分布式传感系统中使用的布拉格光栅的带宽窄1个数量级。这种布拉格光纤光栅用于分布式传感系统,可大大提高分布式传感系统中光源的带宽利用率,消除各信号间的相互串扰,提高传感光栅复用数目,降低解调系统成本。

光纤光栅就是纤芯折射率的空间周期分布,它能够实现频域的滤波特性。利用光纤光栅的这一特性,可构成许多性能独特的光纤无源器件,再加之光纤本身具有传输损耗低、抗电磁干扰、轻质柔韧等优点,因此光纤光栅在光纤通信、光纤传感和光信息处理等领域得到了广阔的应用。文中综述了光纤光栅的发展史、基本概念、基本原理、分类和制作方法。

通过将单芯单模光纤与双芯单模光纤熔接后在熔点处进行熔融拉锥,实现了单芯光纤到双芯光纤的功率耦合,解决了由于双芯光纤特殊结构引起的与光源、单芯光纤等直接耦合及监测所存在的问题。对单芯单模光纤与双芯单模光纤的耦合理论进行了研究,基于直接耦合理论与弱耦合理论建立了单芯单模光纤与双芯单模光纤的耦合方程,并就影响耦合光功率的因素进行了讨论。结果表明该理论分析方法能够有效地描写单芯光纤与双芯光纤耦合过程中光波的行为特征。

基于labview的光纤光栅传感监测软件 摘要：基于labview的光纤光栅传感监测软件，可 以实现数据采集、存储、显示和报警等功能。该软件界面清 晰易懂、使用方便、功能扩展性强、运行稳定，可以在安全 监测方面发挥重要的作用，同时推进了光纤光栅传感器在生 活中的应用。 关键词：光纤光栅传感器；虚拟仪器；数据库 中图分类号：tp311文献标识码：a 随着技术的发展，光纤光栅传感器广泛地应用在各个领 域，如电力电网、桥梁隧道、石油化工、航空航天，实现了 高精度、远距离、分布式和长期性监测的技术要求。本文针 对光纤光栅传感系统，提出了一种基于虚拟仪器技术的监测 软件的设计与实现方法。为实际工程的管理提供了更加可靠 的技术保障，具有广阔的应用前景。 1光纤光栅传感技术 光纤光栅是利用紫外光改变光纤材料性质，在光纤上制 作成的一种光学无源器件，光纤光栅传感技术是利用测量环 境对光

将光纤光栅(fbg)封装入以超磁致伸缩材料(gmm)与永磁体构成的传感基座内形成系统核心传感部件,并将其放置于电流形成的磁场中,构成电流传感器。利用光纤迈克尔逊干涉仪(mi)对fbg波长的变化进行解调,从而获得被测交流电流信号。实验结果表明,检测幅值100a~2000a的交变电流时,该传感器对交变电流具有良好的线性响应。

２００６年第２光通信技术 中文核心期刊 光纤光栅传感的解调方法 王向宇，乔学光，李明，贾振安，刘钦朋，李婷 （西安石油大学陕西省光电传感测井重点实验室，西安７１００６５） 专题聚焦 摘要：介绍了光栅传感系统的组成，分析了常用的三 种光源：ｌｄ、ｌｅｄ和掺铒光源的性能。描述了在光栅解 调中常用的滤波法、干涉法、可调谐激光扫描法、啁啾 光栅检测法、光栅色散法等几种信号解调技术并进行 了简要的评述。 关键词：光纤光栅；光源；传感；解调 中图分类号：ｔｎ９２９．１１文献标志码：ａ １引言 光纤传感器是利用光在光纤中传播引起光干涉、 衍射、偏振、反射、损耗等物理特征的变化，进行各种 物理测量的装置和器件。波长调制型的光纤光栅传感 器具有许多独特的优点：抗干扰能力强；传感头结构 简单（尺寸小，易于集成）；利用波分复用技术可形成

光纤光栅的解调技术

传感器总长810mm,直径为2.5mm,4根光纤布喇格光栅(fiberbragggrating,fbg)互成90°分布在用记忆合金丝(shapmemoryalloy,sma)做基材的表面.通过在波分复用的基础上添加光时分复用来改进传感网络布置,提高测量精度;同时,设计了一套封装装置来确保封装时fbg与基材之间的准确定位以及黏结剂能够均匀的涂覆在基材和fbg表面,提高传感器的封装精度.实验结果表明,该fbg形状传感器的测量精度为3.1％.

基于碳纳米管涂覆的倾斜光纤光栅是一种理想的低成本热线式风力传感器,其可以用来进行风力的实验测量。针对输入倾斜光纤光栅的不同功率以及碳纳米管涂覆厚度这两方面,设计不同的风力实验设计与测量,并获得中心波长与风力变化的最终关系。通过对实验结果曲线进行分析,得到实验结论:在适当范围内,激光功率越高,涂覆厚度越厚,灵敏度越高,风力传感实验效果越好。通过实验,使学生了解基于光纤的新型热线式风力传感的工作原理,将理论与实践相结合,激发学生对光纤传感前沿应用的兴趣和积极性。