新型光纖光柵波長解調技術研究進展

2020-12-04 OFweek光通訊網

　　近些年來，作為一種光無源器件，光纖光柵憑藉其優越的特性在光纖傳感領域得到了廣泛的應用，因此光纖光柵的解調技術成為了當下研究熱點之一。傳統的光柵解調技術主要有光譜分析法、FP濾波解調法、M-Z幹涉解調法等，其中幹涉解調法將光柵光譜的漂移轉化成相位差，具有非常高的解析度，然而這種方式是發生在光域的幹涉，外界環境的抖動很容易對光信號的相位造成影響，尤其是當光柵用於靜態物理量的傳感時，解調結果的可靠性相當有限。

　　武漢光電國家實驗室、光學與電子信息學院夏曆副教授領導的課題小組提出了一種基於微波域非平衡M-Z幹涉技術的光柵解調技術，成功實現了施加在光柵上的軸向靜態應力的線性解調。光柵的反射光信號由強度調製器調製到一定頻率的微波信號上，經過由單模光纖和色散補償光纖構成兩臂的M-Z幹涉結構之後，形成了微波域的幹涉，因此光柵光譜的漂移就能造成輸出信號強度的變化。由於M-Z幹涉結構兩臂之間巨大的色散差的存在，兩臂信號之間的延時差使得光信號之間是無法形成幹涉的，因此只存在微波調製信號之間的幹涉，而外界環境的抖動對微波信號相位信息的影響是極其微小的，所以最終結果要穩定得多。並且僅僅只需調節微波調製信號的頻率，我們就能改變解調系統的靈敏度和動態響應範圍。相信在不久的將來，這種優越的光柵解調技術能夠廣泛應用於光纖傳感網絡中。

　　

　　圖1 解調系統原理結構示意圖

　　

　圖2 不同調製頻率的應力解調結果圖

　　2016年1月8日，該研究成果「基於微波域非平衡馬赫澤德幹涉儀的光纖光柵傳感器的波長監測技術」（Radio-frequency unbalanced M–Z interferometer for wavelength interrogation of fiber Bragg grating sensors）發表在光學期刊Optics Letters上（Vol. 41, Issue 2, pp. 313-316 Jan. 2016）。

相關焦點

  • 光纖光柵傳感解調研究取得新進展
    上世紀90年代以來，基於布拉格光柵的光纖傳感技術受到科學家們的廣泛關注，並進行了大量的研究。雖然目前大規模、快速且廉價的光柵製作技術及其工藝已經成熟，可是但是較為昂貴的光學解調設備仍然限制了其在工業、化工以及建築物結構檢測等一系列重要領域的廣泛應用。另外，相對於傳統光域解調的方法，利用光學濾波器將光柵波長的漂移轉化為功率的變化的解調方法具有廉價、簡單、響應速度快等優勢。
  • 光纖光柵傳感器應用技術研究
    加拿大通信中心的Hill K O等人在1978年首次在摻鍺光纖中採用駐波寫入法製成光纖Bragg光柵( FBG)。使得光纖光柵傳感器和傳感技術成為科學研究和技術開發的熱點。因此，近期的光纖傳感技術研究和產業化特點是以成熟的光纖通信技術向光纖傳感技術轉化為重點，目前對光纖光柵傳感器的研究方向主要有以下幾個方面： 1、對傳感器本身及進行橫向應變感測和高靈敏度、高解析度、且能同時感測應變和溫度變化的傳感器研究； 2、對光柵反射信號或透射信號分析和測試系統的研究，目標是開發低成本、小型化、可靠且靈敏的探測技術； 3、對光纖光柵傳感器的實際應用研究
  • 基於LabVIEW的光纖布拉格光柵動態解調系統
    基於LabVIEW的光纖布拉格光柵動態解調系統 為了實現光纖光柵動態解調的目的，採用了一種基於長周期光柵(LPFG)邊緣濾波特性解調光纖布拉格光柵(FBG)的動態應變檢測系統。
  • 高精度光纖Bragg光柵傳感器解調方法研究
    0 引 言 光纖Bragg光柵(FBG)傳感器是以FBG作為敏感元件的功能型光纖傳感器，有廣泛的應用領域。當該傳感器受溫度、應變等外界參量的作用時，Bragg波長會發生相應的漂移，因此，研究FBG傳感器的關鍵問題是如何精確測量FBG反射波長漂移量。傳統上一般應用光譜儀解調系統，它體積大、不易攜帶、不利於現場使用。
  • 光纖光柵傳感器技術及其應用
    1989年，美國聯合技術研究中心的G·Meltz等人實現了光纖Bragg光柵（FBG）的UV雷射側面寫入技術，使光纖光柵的製作技術實現了突破性進展。隨著光纖光柵製造技術的不斷完善，其應用的成果日益增多，從光纖通信、光纖傳感到光計算和光信息處理的整個領域都將由於光纖光柵的實用化而發生革命性的變化。光纖光柵是利用光纖中的光敏性製成的。
  • 光纖光柵傳感器原理內容詳解
    分析光纖光柵解調的基本原理和常用解調方法的工作機理、性能和特點，從光纖傳感技術的優勢出發，介紹了光纖光柵傳感智能結構的優點，對波長解調方法如匹配解調法、可調諧雷射器法、幹涉法、濾波法等做了詳細的討論， 闡述了相應的系統設計方案，並對各種方法的優、缺點進行了分析和討論。
  • 大規模分布式布拉格光柵光纖傳感網絡的研究新進展
    近些年來，光纖傳感技術由於其體小質輕、高靈敏度、抗電磁幹擾等優勢在許多工業領域中得到了廣泛的應用。 而隨著光纖傳感組網技術的發展，構建大容量、長距離、高精度的分布式布拉格光柵光纖傳感網絡成為當下光纖傳感技術的研究熱點之一。
  • 解析光纖光柵傳感器的原理及其應用
    由於光纖光柵具有高靈敏度、低損耗、易製作、性能穩定可靠、易與系統及其它光纖器件連接等優點，因而在光通信、光纖傳感等領域得到了廣泛應用。為此。本文從光纖布拉格光柵、長周期光纖光柵等光纖光柵的原理出發，綜述了光纖布拉格光柵對溫度、應變同時測量技術的應用。
  • 光纖光柵應力傳感器工作原理
    光纖光柵技術是利用紫外曝光技術在光纖芯中引起折射率的周期性變化而形成的。反射光的波長對溫度、應力和應變非常敏感，當彈性體受到壓力時時, 光纖光柵與彈性體一起發生應變，導致光纖光柵反射光的峰值波長漂移，通過對波長漂移量的度量來實現對溫度、應力和應變的感測。
  • 光纖光柵傳感器的基本原理及實際應用
    一、 前言 1978年加拿大渥太華通信研究中心的K.O.Hill等人首次在摻鍺石英光纖中發現光纖的光敏效應，並採用駐波寫入法製成世界上第一根光纖光柵。1989年，美國聯合技術研究中心的G.Meltz等人實現了光纖Bragg光柵（FBG）的UV雷射側面寫入技術，使光纖光柵的製作技術實現了突破性進展。
  • 基於S3C44B0的布拉格光纖光柵傳感信號處理系統的設計與實現
    被布拉格光纖光柵反射回來的光的波長與布拉格光柵結構相關。由於光纖的變形直接影響其內部布拉格光柵的結構，所以布拉格光纖光柵可以用作一種敏感元件。布拉格光纖光柵傳感器就是利用布拉格光纖光柵的這一性質設計的各種物理量傳感器，如應變、壓力、溫度等，通過檢測這些傳感器反射光的波長變化，就可以得到所需的被測物理量。
  • 【RT FORUM專欄】基於光纖光柵原理的地鐵道岔監測系統設計
    光纖光柵傳感器的原理與電傳感器的原理完全不同，使得光纖光柵傳感器具有獨特的傳感特性。因此，在監測道岔鋼軌應變的技術中，光纖光柵傳感器比傳統的電類傳感器更具競爭力。與普通的電類傳感器相比，光纖光柵傳感器有如下優點(1)抗電磁幹擾、電絕緣、耐腐蝕、本質安全。
  • 揭開光纖感測技術的神秘面紗
    光纖感測(FOS)就是這樣一種技術，但其基礎知識並不難理解。對於FOS的深入解析，更有助於開啟對於該技術應用前景的各種可能想像。雖然FOS技術已經存在幾十年了，但過去五年來藉由可應用領域的擴展，其進展正持續推動該技術進入新市場。從歷史上來看，FOS技術是為利基市場的具體解決方案而開發的。
  • 光纖雷射水聽器的PGC實時全數字解調系統
    文章概述了基於麥可遜幹涉儀的光纖雷射水聽器的相位載波零差法(PGc)調製解調原理，通過數學推導及仿真，分析了調製信號和混頻信號的頻差是導致全數位化解調結果錯誤的主要因素之一。針對該誘導因素提供了可行的解決方案，並實現了基於DSP的1MHz採樣頻率下使用PGC方法的全數字實時解調系統。
  • 裸光纖光柵表貼結構應變傳遞分析與實驗研究
    裸光纖光柵表貼結構應變傳遞分析與實驗研究摘 要: 光纖光柵的封裝結構在應變測量中至關重要，表貼式結構簡化了應變傳遞環節，能夠提高應變傳遞效率和穩定性。光纖光柵應變傳感的準確性取決於光纖-粘接層-基體之間的界面傳遞特性。
  • 光纖光柵在色散補償中的應用
    隨著光纖光柵，光纖傳感技術以及其他光纖應用技術的不斷發展，各種類型的特種光纖及其相關光纖器件不斷出現並在研究生產中得到應用，基於光纖光柵在色散補償中的應用技術也日益受到人們的關注。　　對於普通單模G.652光纖,在1550nm處色散值為正,光脈衝在其中傳輸時，短波長的光（「蘭光」）較長波長的光（「紅光」）傳播得快.這樣經過一定距離得傳輸後，脈衝就被展寬了,形成光纖材料的色散.若使光柵周期大的一端在前，使長波長的光在光柵前端反射，而短波長的光在光柵末端反射，因此短波長的光比長波長的光。
  • 少模光纖光柵
    二.少模光纖的研究背景和意義:隨著對光學系統需求的增加，SMF 構成的系統容量已經接近了非線性通信道的應用極限，對於信道容量的更大需求使我們必須找出新的傳輸模式。為了滿足實際需要，研究人員想到了拓寬 SMF 的纖芯尺寸，而 FMF 就是在這種情形下被研發出來的。
  • 光纖光柵傳感器在面板壩工程安全監測中的應用
    本文對光纖Bragg光柵的溫度/應變傳感特性進行分析和試驗研究;探索其布設工藝以及在大壩施工過程、長期應變監測中的技術。 2.光纖光柵應變傳感特性 光纖Bragg光柵傳感技術是通過對在光纖內部寫入的光柵反射或透射波長光譜的檢測，實現被測結構的應變和溫度量值的絕對測量，其傳感原理如圖1所示。
  • 深度解讀光纖傳感器
    傳感器正是感知、檢測、監控和轉換信息的重要技術手段。光纖傳感器是繼光學、電子學為一體的新型傳感器。  因此，光纖傳感技術包括調製與解調兩方面的技術,即外界信號(被測量)如何調製光纖中的光波參量的調製技術(或加載技術)及如何從已被調製的光波中提取外界信號(被測量)的解調技術(或檢測技術)。
  • 深度解析:光纖隨機雷射器及其應用研究進展!
    其中瑞利散射型和隨機光柵型光纖隨機雷射器均為實心光纖中實現，其發展歷程也從最早的採用通信用標準單模光纖逐漸拓展到各種特種光纖，從早期的光譜特性、結構探索的研究逐漸拓展到新機理、新現象的解釋，在發掘光纖隨機雷射研究潛力的同時，也催生出了許多極具特色的研究方向。