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
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
光子学报
2022, 51(11): 1106003
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
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
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
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
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