Author Affiliations
Abstract
1 College of Optical and Electronic Technology, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
2 Key Laboratory of Medical Electronics and Digital Health of Zhejiang Province, Jiaxing University, Jiaxing 314001, China
A simple quasi-distributed fiber sensing interrogation system based on random speckles is proposed for weak fiber Bragg gratings (WFBGs) in this work. Without using tunable lasers or spectrometers, a piece of multimode fiber is applied to interrogate the WFBGs relying on the wavelength sensitivity of speckles. Instead of the CCD sensor, an InGaAs quadrant detector serves as the receiver to capture the fast-changing speckle patterns. A supervised deep learning algorithm of the multilayer perceptron architecture is implemented to process speckle data and to interrogate temperature changes or dynamic strains. The proposed demodulation system is experimentally demonstrated for WFBGs with 0.1% reflectivity. The experimental results demonstrate that the new system is capable of measuring temperature change with an accuracy of 1°C and achieving dynamic frequency of 100 Hz. This speckle-based interrogation system paves a new way for distributed WFBGs sensing with a simple design.
weak fiber Bragg gratings random speckles deep learning time-division-multiplexing 
Chinese Optics Letters
2023, 21(12): 121601
周家玮 1,2程旺 2殷晨轩 2,3郭广妍 2,3[ ... ]麻云凤 2,3,*
作者单位
摘要
1 中国计量大学光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
2 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
3 中国科学院大学光电学院,北京 100049
激光诱导损伤阈值(LIDT)是光学元件发展中不可或缺的一项重要指标,提高其测量结果的准确性仍是当前人们致力于研究的方向。基于蒙特卡罗法提出了一种损伤测试点优化分配方法,以提高LIDT拟合结果的准确性。针对测试样品有限的辐照测试面积及辐照光斑大小,模拟了一种非线性简并缺陷损伤模型,对不同通量水平下测试点变化对拟合LIDT结果的影响进行了敏感性分析。根据设定的损伤模型参数建立模型生成相关损伤数据,通过控制变量法对每次指定通量水平处的测试点数进行变更,在其余通量处测试点数不变的情况下,采用蒙特卡罗法对所有损伤数据进行多次模拟计算,绘制拟合结果均方根误差和测试点的关系曲线图。计算其相应测试点数对损伤阈值拟合结果标准差的敏感性。从而以此敏感性为权重对各通量下的测试点进行更合理的分配。结果表明,该敏感性权重法的拟合结果的标准差为0.272 J/cm2,相比于标准平均分配方法的标准差0.395 J/cm2减小了约31%。
激光诱导损伤阈值 蒙特卡罗 敏感性分析 非线性拟合 
激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2312004
作者单位
摘要
中国计量大学 光学与电子科技学院,杭州 310018
针对基于相位敏感光时域反射计的分布式光纤传感系统的信号识别实时性和准确性问题,提出一种基于小波包分解和支持向量机的信号识别方法。通过小波包分解提取信号的能量特征向量并分析不同信号的平均能量分布趋势。采用支持向量机对敲击、晃动、行走和噪声四种信号共800个实验样本进行训练和识别,识别效果由精确率、召回率、F1值和准确率四种评估指标进行评价。实验结果显示敲击信号和晃动信号的识别精确率、召回率和F1值分别为94.12%、96%、95.05%;95.92%、94%、94.95%;行走信号和噪声信号的识别精确率、召回率和F1值均为100%;总体识别准确率在97%以上。该方法提高了相位敏感光时域反射系统在信号识别时的准确性和实时性。
相位敏感光时域反射计 信号识别 小波包分解 支持向量机 能量特征向量 Phase-sensitive optical time domain reflectometer Signal recognition Wavelet packet decomposition Support vector machine Energy feature vector 
光子学报
2022, 51(11): 1106003
作者单位
摘要
中国计量大学光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
基于相位敏感的光时域反射计(Φ-OTDR)通过发射光脉冲到传感光纤内,利用分析传感光纤的后向瑞利散射光或前向散射光的方法对入侵扰动事件进行识别和定位。对比其他光纤分布式传感技术,Φ-OTDR能够长距离分布式多点测量,精度高、可靠性好,研究Φ-OTDR具有重要的应用价值。本文介绍了Φ-OTDR的基本原理、结构、系统性能、信号解调和应用情况,并对Φ-OTDR技术进行了展望。
光纤光学 相位敏感光时域反射 分布式光纤传感 扰动检测 信号调制 
激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1100007
作者单位
摘要
中国计量大学 光学与电子科技学院, 杭州310018
研究了一种单光纤扫描内窥成像系统,通过直径1 mm的压电陶瓷管驱动单根光纤沿螺旋线扫描并照射目标区域,同时收集散射光来构建图像。光纤扫描运动的精确控制和成像质量息息相关,研究发现光纤由原点出发沿螺旋线扫描结束后,需要回归原点以备下一个扫描成像周期。因光纤回归的时间内无法成像,利用光纤扫描制动控制光纤快速回归原点是提高扫描成像效率的关键。同时光纤回归到原点后的残余振动大小,也对下一扫描周期的成像效果有很大影响,尤其是处于扫描起始段的中心区域。为解决上述问题,建立了单光纤扫描振动的模型,通过力学方程分析其受迫振动过程,提出了一种主动施加合适的制动信号抵消光纤惯性位移的方案,基于有限元分析的光纤制动模拟结果也证实了该主动制动的有效性。最终通过对制动控制信号的优化,光纤扫描成像效率由0.629提高为0.897,提升约1.4倍,同时中心区域的畸变消失,成像质量得到改善。该研究结果在超细多模态内窥镜、OCT以及工业内窥探测等领域都有重要的参考与应用价值。
内窥镜 单光纤扫描成像 光纤扫描制动 扫描成像效率 有限元分析 Endoscope Single fiber scanning imaging Fiber scanning braking Scanning imaging efficiency Finite element analysis 
光子学报
2021, 50(5): 33
作者单位
摘要
中国计量大学光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
空气隙法布里-珀罗(F-P)标准具是一种常见的光无源器件,其作为滤波器广泛应用于光通信、光电测量和光传感领域。根据经典干涉理论,F-P标准具的光谱为周期出现的洛伦兹峰。但在对F-P标准具透射谱的校准与拟合过程中,发现其透射峰存在左右不对称以及展宽现象,导致使用经典洛伦兹公式的拟合误差较大。通过分析透射峰不对称度和展宽间的关系,并考虑光纤准直器的发散角以及F-P标准具的装配误差因素,提出了一种基于传统F-P干涉理论并融合发散角与入射偏角的多峰叠加拟合公式。使F-P透射谱的拟合方差提高到0.008、重合精度为0.9998, 与基于洛伦兹线型的拟合结果相比提高了近15倍。该研究提供了一种对光纤空气隙F-P标准具透射谱精确拟合的方法,并对其设计以及装配工艺有着重要的指导意义。
测量 光纤空气隙法布里-珀罗标准具 多峰拟合 偏度 光谱展宽 
光学学报
2021, 41(4): 0412001
作者单位
摘要
中国计量学院 光学与电子科技学院, 杭州 310018
研究了一种基于波长扫描激光器的光纤温度压力测量系统.光纤传感头为边孔光纤光栅,利用其特有的双折射特性产生双反射峰,以实现对温度和压力的同时测量.系统采用嵌入式开发技术,将激光波长扫描、光谱数据采集和以牛顿最小二乘法为核心的光栅解调算法高度整合于一体,极大降低了光纤传感系统的体积与成本.实验结果表明,在温度10~50℃、压力0~1.2 MPa时,双反射峰对应温度与压力的变化均呈现良好的线性响应特性;系统的波长解调准确度可达1 pm,温度及压力的分辨率分别达到0.1℃和0.1 MPa.该系统可为温度、压力的参量测量提供低成本、小型化、性能可靠的解决方案.
光纤传感 温度压力测量 光纤光栅 边孔光纤 扫描激光器 嵌入式系统 寻峰算法 Fiber optic sensors Temperature and pressure sensing Fiber Bragg grating Side hole fiber Wavelength scaning laser Embedded systems Peak-detection algorithm 
光子学报
2016, 45(6): 0606001
作者单位
摘要
中国计量学院光电子技术研究所, 浙江 杭州 310018
提出并实现了一种基于光纤中受激布里渊散射放大原理来测量光纤分布式反馈(DFB)激光器输出偏振模的新方法。利用连续可调谐激光器(TLS)与DFB激光器输出光的相互作用,得到DFB的两个输出偏振模式的绝对波长、相对波长间隔以及两偏振模式的相对强度。利用该方法研究了侧向应力对DFB激光器的影响,实现了单偏振单纵模的激光输出。与之前使用的法布里珀罗(FP)标准具以及FP干涉仪或者自拍频技术的检测方法相比,该技术可获得更多偏振模式的信息且简单直观。
光纤光学 分布式反馈光纤激光器 受激布里渊散射 单偏振态 
光学学报
2014, 34(s1): s106002
作者单位
摘要
中国计量学院光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
采用波长可调谐光源与光时域反射技术(OTDR)结合的方案,通过对光脉冲调制技术和光电转换电路的优化,实现了一种对超弱全同反射光纤光栅的准分布式解调系统。实验中,20个中心波长相近的超弱反射光栅间隔2 m放置于约5.8 km长的光纤尾端,该解调系统成功实现了对这些反射率仅为0.01%的超弱反射光栅高信噪比的解调与定位,并且测得的光纤布拉格光栅(FBG)中心波长随温度变化的线性度达到99.7%以上。
光纤光学 传感系统 弱反射光纤光栅 准分布式传感 温度测量 
中国激光
2014, 41(4): 0405004
作者单位
摘要
中国计量学院光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
提出了一种新颖的光纤液位传感器。在普通单模光纤(SMF)中间熔接一段细芯单模光纤(TCSMF),构成共轴光纤马赫曾德尔干涉仪(MZI)。液位的变化引起包层模与芯模的相位差发生改变,从而导致干涉仪的透射光谱发生改变。对传感器的工作原理和测量灵敏度及精度进行了理论分析,实验结果显示透射光谱中特征峰波长漂移量跟液位变化量呈较好的线性关系,且灵敏度随待测液体折射率的增大而增高,与理论分析结果相一致。测量得到纯水和饱和氯化钠溶液的测量灵敏度分别为0.160 nm/mm和0.228 nm/mm。该传感器采用全光纤结构,制备简单、测量精度高,可适用于折射率低于光纤包层折射率液体的高精度液位测量。
传感器 马赫曾德尔干涉仪 液位 光谱 
中国激光
2012, 39(s1): s114008

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