双向掺铒光纤放大器(Bi-EDFA)是空域有源光纤腔衰荡传感系统的关键器件, 其增益特性和噪声特性直接影响传感系统的稳定性。设计了适用于空域有源光纤腔衰荡传感系统的低增益、低噪声的增益钳制Bi-EDFA, 并应用Optisystem仿真软件对其进行优化。仿真结果表明: 通过优化设计, 可获得增益系数、噪声系数分别为15.35 dB、3.52 dB, 且能保持增益钳制的Bi-EDFA。
空域有源光纤腔衰荡传感系统 双向掺铒光纤放大器 增益钳制 低增益 低噪声 space domain active fiber cavity ring-down sensing bidirectional erbium-doped fiber amplifier gain clamped low-gain low-noise
Author Affiliations
Abstract
1 National Engineering Laboratory for Fiber Optic Sensing Technology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
2 Key Laboratory of Fiber Optic Sensing Technology and Information Processing, Ministry of Education, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
3 Department of Electrical and Computer Engineering, University of Toronto, Toronto M5S-3G4, Canada
We propose a cavity length demodulation method that combines virtual reference interferometry (VRI) and minimum mean square error (MMSE) algorithm for fiber-optic Fabry–Perot (F-P) sensors. In contrast to the conventional demodulating method that uses fast Fourier transform (FFT) for cavity length estimation, our method employs the VRI technique to obtain a raw cavity length, which is further refined by the MMSE algorithm. As an experimental demonstration, a fiber-optic F-P sensor based on a sapphire wafer is fabricated for temperature sensing. The VRI-MMSE method is employed to interrogate cavity lengths of the sensor under different temperatures ranging from 28°C to 1000°C. It eliminates the “mode jumping” problem in the FFT-MMSE method and obtains a precision of 4.8 nm, corresponding to a temperature resolution of 2.0°C over a range of 1000°C. The experimental results reveal that the proposed method provides a promising, high precision alternative for demodulating fiber-optic F-P sensors.
060.2370 Fiber optics sensors 060.2300 Fiber measurements Chinese Optics Letters
2018, 16(1): 010606
武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
通过光纤频移干涉技术测量了超声在光纤中产生的多普勒频移, 提出一种光纤超声传感方法.将缠绕在压电陶瓷上的光纤环接入到频移干涉萨格拉克干涉仪中, 以压电陶瓷作为超声波信号源, 调节声光调制器使得干涉信号偏置在零点, 达到系统灵敏度最高, 通过干涉信号的频率和幅值测量到了超声引起光纤环中发生的多普勒频移, 进而获得了作用在光纤环上的超声波信号.实验结果表明, 用该方法测量超声频率的相对误差为0.001%, 频响在所测量的20~200 kHz范围内具有良好的线性.该方法在管道健康监测、固体内部裂缝监测、大型机械装备结构损伤监测等方面具有应用前景.
光纤传感器 超声测量 频移干涉 多普勒效应 多普勒频移 Fiber optic sensors Ultrasonic measurement Frequency shift interferometry Doppler effect Doppler shift 光子学报
2018, 47(2): 0206002
1 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
2 武汉理工大学 光纤传感技术与信息处理教育部重点实验室, 武汉 430070
提出并研制了一种基于蓝宝石晶片的光纤法布里-珀罗(法珀)高温传感器.该传感器采用斜端面蓝宝石光纤作传输波导, 蓝宝石晶片作法珀干涉仪, “陶瓷插芯-陶瓷套管”结构做为传感器的固定结构.通过傅里叶变换-最小均方差联合算法解调传感器的反射光谱, 实现了20℃～1 000℃范围内的温度测量, 测试准确度为±2.5℃.该传感器具有体积小、成本低、制作简单以及重复性高的优点, 可用于高温环境下稳定、精确的温度测量.
光纤法珀传感器 蓝宝石晶片 高温测量 蓝宝石光纤 算法 Fiber-optic Fabry-Perot sensor Sapphire wafer High temperature measurement Sapphire fiber Algorithm 光子学报
2016, 45(12): 1228003
1 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
2 武汉理工大学 光纤传感技术与信息处理教育部重点实验室, 武汉 430070
提出一种基于Fibonacci与最小均方差联合解调光纤法布里-珀罗传感器腔长的算法.利用Fibonacci搜索方法, 在一系列估计值中快速搜索到对应的最小均方差的数值, 并作为腔长解调结果.仿真分析了算法迭代次数与解调准确度之间的关系并进行温度测量实验.结果表明, 该算法的理论平均解调误差小于2×10－5 pm, 与实际腔长的拟合度优于0.9999, 解调动态范围可达2.5 mm；实验中, 该算法腔长解调分辨率为0.15 nm, 对应的温度分辨率达0.03℃, 解调时间少于0.03 s, 具有解调准确度高和运算速度快等优点.
光纤法布里-珀罗传感器 解调 均方差 Fibonacci搜索方法 分辨率 误差 快速度 Fabry-Perot interferometers Demodulation Mean square error Fibonacci search technique Resolution Error analysis High speed
1 华中科技大学 光学与电子信息学院，武汉 430074
2 湖北工业大学 理学院，武汉 430068
3 武昌工学院 信息工程系，武汉 430065
为了研究全波段正常色散光子晶体光纤中高相干度超连续谱的产生及其脉冲压缩，采用分步傅里叶法数值模拟了超短光脉冲在全波段正常色散光子晶体光纤中的非线性传输和超连续谱的产生; 利用1阶相干因子分析了抽运波长和入射峰值功率对超连续谱相干特性的影响。结果表明，色散效应越弱，越有利于高相干度超连续谱的产生; 在色散效应较小处抽运时，获得了带宽为587nm、平坦度小于7dB的高相干度的超连续谱; 超连续谱的相干性越高，越有利于脉冲压缩，采用光栅对压缩器对高相干度超连续谱脉冲进行压缩，获得了8.4fs、压缩质量因子为88.88%的超短光脉冲。因此，抑止色散效应，利用自相位调制可获得高相干度的超连续谱及高质量的脉冲压缩。
光纤光学 超连续谱 相干特性 脉冲压缩 fiber optics supercontinuum coherence characteristics pulse compression
