1 武汉光迅科技股份有限公司,武汉 430205
2 光通信技术和网络全国重点实验室,武汉 430074
3 武汉邮电科学研究院有限公司,武汉 430074
4 中国移动通信有限公司,北京 100033
【目的】针对分布式光纤传感系统单跨传感距离受限问题,文章提出了基于远程泵浦光放大器(ROPA)遥泵技术的相位敏感光时域反射仪(φOTDR)分布式光纤传感系统。
【方法】采用偏振分集接收技术,获取彼此正交的偏振信号以解决偏振失配问题,分频带处理后抑制相干衰落与偏振衰落。应用高阶拉曼泵浦技术与级联遥泵放大技术,3个远程增益单元选取合适的增益介质长度,引入传输链路中适当位置,耦合远程泵浦单元发送的泵浦光与信号光使铒离子得到激励,实现信号光的无中继放大,解决了现有φOTDR单跨距传感距离不足的问题。
【结果】实验结果表明,采用同相正交(IQ)解调算法,压电换能器(PZT)加扰的100 Hz扰动信号可实现线性还原。
【结论】结果表明,文章所提系统可实现176.6 km超长单跨距振动信号传感,打破了现有φOTDR单跨距传感距离记录。前176 km振动曲线平稳且振幅低于0.4 rad,三维(3D)瀑布图中无扰动位置相对平稳,链路末端PZT加扰的扰动信号可准确感知。经快速傅里叶变换(FFT)处理后,100 Hz扰动信号的信噪比为8.9 dB。实验结果对于搭建超长跨距φOTDR传感系统提供了一定参考价值,对φOTDR系统的无中继超长距离传感发展具有一定意义。
分布式光纤传感技术 相位敏感光时域反射仪 远程泵浦光放大器 distributed optical fiber sensor technology φOTDR ROPA 光通信研究
2024, 50(2): 22007601
1 深圳技术大学未来技术学院先进制造与未来工业中心,广东 深圳 518118
2 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院纤维集成光学教育部重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001
3 桂林电子科技大学光电工程学院光子学研究中心,广西 桂林 541004
随着微流控技术的日趋成熟,将微流控芯片技术和光微流方法在微结构光纤中进行交叉融合,已经逐渐形成了一个新的发展方向。简要综述了这一技术是如何从初期的利用微结构光纤的特殊结构,进行简单的功能集成,拓展到如今基于特殊需求进行光纤的功能设计的新阶段,以实现在微结构光纤内部构造微流控感测系统的目的。该方向的发展,不仅促进了光波导与微流物质检测技术相结合,还为实现不同检测原理在微结构光纤内的高灵敏度光纤微流传感器技术开辟了新方法与新途径。
微流控 光微流 光纤传感器 光微流传感器 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0106004
1 东北大学信息科学与工程学院,辽宁 沈阳 110819
2 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室,辽宁 沈阳 110819
3 河北省微纳精密光学传感与检测技术重点实验室,河北 秦皇岛 066004
将光纤法布里-珀罗(法珀)微腔与微波导相结合,提出一种光纤法珀微波导腔高灵敏度折射率传感器。光纤法珀微腔可以将光场限制在微米量级的区域内,并对腔内的微波导结构起支撑保护作用;微波导在保证结构良好导光能力的同时,基于其强倏逝场特性,进一步提升整体结构的折射率灵敏度。此外,基于飞秒激光双光子聚合高精度3D打印技术,可实现波导直径仅为2 μm的光纤法珀微波导腔,并保证良好的制备重复性。实验结果表明:随着光纤法珀微波导腔传感器腔内液体折射率的增加,传感器的干涉光谱发生蓝移,在1.3346~1.3764折射率范围内灵敏度可达525.81 nm/RIU,与仿真获得折射率灵敏度(555.14 nm/RIU)结果接近;该传感器还展现了优良的线性响应特性,线性拟合系数可达0.9948;相比于传统无微波导的光纤法珀微腔结构,干涉光谱峰值提升了8.2 dB,折射率灵敏度提升了近4倍。
光纤传感器 光纤法珀微波导腔 微波导 双光子聚合3D打印 折射率
暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室,广东 广州 510632
基于光纤中的瑞利、布里渊、拉曼等散射效应以及弱反射阵列的分布式光纤传感(DOFS)能够对光纤损耗、温度、应变、振动、声音等多种参量实现长距离、高空间分辨率的实时监测,受到了越来越多的关注,具有非常广阔的应用。在DOFS中使用编码脉冲序列增加DOFS的信号能量,是提高传感性能的一个重要技术途径。因此,编码技术的应用一直是DOFS研究的一个重要领域。综述了DOFS中编码技术的研究进展,阐述了编码技术提高传感性能的技术原理,归纳了不同编码方案的设计和实现方法,分析了不同类型DOFS的技术特征及其相应的编码技术应用方法。最后,对DOFS中的编码技术的发展进行了展望。
传感器 分布式光纤传感器 编码技术 光纤瑞利传感器 光纤布里渊传感器 光纤拉曼传感器 光纤弱光栅阵列传感器
1 西安石油大学 理学院,西安710065
2 中国石油测井有限责任公司 测井技术研究院,西安710005
3 西北大学 物理学院,西安710127
为了解决注水井下安装和维护传感器难度大和成本高的问题,设计和理论分析了一种基于杠杆-铰链结构的靶式光纤布喇格光栅(FBG)流量传感器,将传感器结构中的FBG1和FBG3分别粘贴在杠杆-铰链两端构成差动结构,使传感器具有低启动与大量程特性;通过温度补偿光栅FBG2实现了温度和流量的同时测量。对传感器的结构进行了仿真与优化,得出传感器的优化参数,并以此参数为基础进行流量测量、重复性、温度测量、温度补偿、稳定性等实验。实验结果表明,该传感器可以同时测量流体流量和温度,其温度灵敏度为17.94 pm/℃,流量分辨率为0.039 L/s。
光纤传感器 流量 温度 监测 石油测井 optical fiber sensor, flow, temperature, monitorin
光学 精密工程
2023, 31(24): 3531
1 深圳信息职业技术学院智能制造与装备学院,广东 深圳 518172
2 深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室深圳市超快激光微纳制造重点实验室, 广东 深圳 518060
3 深圳职业技术大学电子与通信工程学院,广东 深圳 518055
为了快速检测氢气泄漏,迫切需要开发一种更安全、浓度检测下限更低的氢气传感器。将镀有钯膜的微悬臂梁探针与单模光纤端面进行组装,设计了一种易制备且低成本的光纤氢气传感器。实验结果表明,该传感器具有超高的氢气响应灵敏度,约为-9.887 μm/%,同时具有低至1.76×10-3%的超低检测下限和优异的重复性。在痕量氢气体积分数条件下,该传感器对氢气体积分数表现出优异的线性响应,这对痕量气体检测具有重要意义,使其在氢能源电池、核电站和太空探索中具有重要的应用价值。
光纤传感器 氢气检测 微悬臂梁 钯膜 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2306007
湖北师范大学 物理与电子科学学院, 湖北 黄石 435002
该文提出了一种基于飞秒激光直写的高灵敏度光纤光栅折射率传感器, 同时测量了传感器的温度及轴向应变特性。采用波长为800 nm的飞秒激光刻写了周期为150 μm, 周期数为50, 栅区长度为7.5 mm的长周期光栅。该传感器在折射率测量实验中的灵敏度最高可达1 605 nm/RIU, 在30~330 ℃, 温度灵敏度达到76.52 nm/℃, 传感器的稳定性良好且对应变不敏感, 鲁棒性优良。这种基于飞秒激光直写的长周期光纤光栅, 其折射率灵敏度较高, 耐高温, 具有广泛的应用前景。
飞秒激光 光纤传感器 光纤光栅 折射率 温度 应变 femtosecond laser fiber sensor fiber grating refractive index temperature axial strain
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院,江苏 南京 210023
提出并研究了基于光反射式耦合探针(ORCP)的高灵敏曲率和振动双参量传感器。ORCP通过光纤熔融拉锥、耦合结合垂直切割方法制备而成,尺寸为mm级别。将弯曲或振动信号施加于ORCP悬臂耦合区域,改变干涉超模的模场分布以及折射率,引起反射光谱波长或强度偏移,实现对曲率和振动两种物理量的高灵敏度测试。其中,曲率灵敏度高达11.97 nm/m-1,响应范围为0~10.49 m-1,线性度大于0.98。振动灵敏度为0.72 mV/V@80 kHz,超宽带振动频率响应范围为185 Hz~20 MHz,具有高保真度以及高线性度,信噪比达到~53.56 dB。此外,该传感器可实现阻尼振动信号的检测以及声音识别。所提基于ORCP曲率和振动传感器具有灵敏度高、响应范围宽、线性度好、稳定性高、保真度高等优势,探针尺寸为mm级别,结构紧凑,支撑其在油田、煤矿等受限空间与恶劣环境领域中的潜在应用,有望实现基础设施突发事件潜在威胁的预测以及微小裂缝的检测。
光反射式耦合探针 光纤传感 高灵敏度 曲率 振动 光学学报
2023, 43(21): 2128001