铰链互补结构的宽频段高灵敏度光纤光栅振动传感器

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作者 鲜中泽 辛璟焘 +2 位作者 黎琪慧 唐翔 董明利 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期242-250,共9页

针对振动传感器工作频段与灵敏度相互制约的问题,设计了一种基于铰链互补结构的宽频段高灵敏度光纤光栅振动传感器。将两个“工作区”与谐振峰互补的振动传感单元进行组合,在保证高灵敏度测量的同时,扩展了传感器的工作频率范围。首先... 针对振动传感器工作频段与灵敏度相互制约的问题,设计了一种基于铰链互补结构的宽频段高灵敏度光纤光栅振动传感器。将两个“工作区”与谐振峰互补的振动传感单元进行组合,在保证高灵敏度测量的同时,扩展了传感器的工作频率范围。首先建立了传感单元的结构模型,通过力矩平衡方程,得出了影响传感器灵敏度和固有频率的因素,然后使用Ansys与SolidWorks联合仿真,优化了传感器结构参数,最后制作了传感器实物,搭建封装和测试系统完成封装和特性测试。实验结果表明:两个传感单元的谐振峰位于650Hz和925Hz,分别与传感单元2和传感单元1的“工作区”互补,将工作频率范围扩展到0~1500Hz,灵敏度优于410.4pm/g,测量分辨率为0.16mg。文中所设计的传感器具有灵敏度高、工作频段宽等优点,为微振动监测提供新的技术手段。 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅 振动传感器 高灵敏度 宽频段

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光纤气泡压力传感特性测试及误差分析 被引量：3

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作者 张雯 李昊业 +2 位作者 何巍 董明利 祝连庆 《中国测试》 CAS 北大核心 2020年第12期142-148,共7页

针对临床心脏固定器吸附压力的监测问题,提出一种全单模光纤气泡法布里珀罗(Fabry-Perot,FP)结构的压力传感器件,并对其压力传感特性进行测试研究和误差分析。建立光纤气泡的压力传感模型,通过化学腐蚀结合电弧放电技术实现光纤气泡结... 针对临床心脏固定器吸附压力的监测问题,提出一种全单模光纤气泡法布里珀罗(Fabry-Perot,FP)结构的压力传感器件,并对其压力传感特性进行测试研究和误差分析。建立光纤气泡的压力传感模型,通过化学腐蚀结合电弧放电技术实现光纤气泡结构的制备。针对压力测试的实验要求,设计并分析不同进气孔位的流场特性,优化密闭腔体结构。搭建气路系统,对光纤气泡结构进行压力传感特性测试,分析重复测量条件下器件的灵敏度和线性度,并进行误差分析。实验室数据表明:正压0.1~0.2 MPa测试范围内,光纤气泡灵敏度为2.56 nm/MPa;负压-5^-30 kPa测试范围内,光纤气泡灵敏度为1.72 nm/MPa,线性拟合度整体优于0.9。该文可为光纤传感器在心脏固定器吸附压力监测问题中的应用提供一定的前期参考。 展开更多

关键词 光纤气泡 化学腐蚀 精密熔接 压力传感 误差分析

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基于法布里-珀罗干涉的光纤倾角传感技术研究 被引量：1

3

作者 王帅 吴越 +3 位作者 宋言明 李红 孟凡勇 祝连庆 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2021年第11期1492-1497,共6页

提出一种基于法布里—珀罗(Fabry-Perot,F-P)干涉的光纤倾角传感器,该传感器由单模光纤和毛细管组成。首先,分析光纤干涉原理和倾角传感原理;然后,制作封装光纤倾角传感器;最后,完成光纤F-P传感器倾斜实验,通过对采集得到的数据分析得... 提出一种基于法布里—珀罗(Fabry-Perot,F-P)干涉的光纤倾角传感器,该传感器由单模光纤和毛细管组成。首先,分析光纤干涉原理和倾角传感原理;然后,制作封装光纤倾角传感器;最后,完成光纤F-P传感器倾斜实验,通过对采集得到的数据分析得到传感器倾角的响应特性,并进行温度实验探究温度对传感器波长漂移的影响。实验结果表明:在0°~10°测量范围内,测量角度和反射波长呈线性关系,倾角灵敏度为0.2031 nm/°,线性度为0.99707;在45~49℃温度范围内,温度灵敏度为4.777 nm/℃,线性度为0.99934。该传感器具有结构简单、成本低、灵敏度高等特点,具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 光纤传感器 法布里—珀罗干涉 光纤倾角传感 光纤温度传感

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基于FBG的微小型三轴振动传感器研究 被引量：4

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作者 唐翔 吴俊 +2 位作者 黎琪慧 辛璟焘 董明利 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期197-205,共9页

为了研制一种微小型、三轴测量的高灵敏度振动传感器,提出一种分立元件交错组合的超紧凑光纤光栅三轴振动传感器设计方法。采用分立元件组合设计方法降低了设计加工难度,与一体化设计对比,分立元件组合结构的零件结构简单、易于加工、... 为了研制一种微小型、三轴测量的高灵敏度振动传感器,提出一种分立元件交错组合的超紧凑光纤光栅三轴振动传感器设计方法。采用分立元件组合设计方法降低了设计加工难度,与一体化设计对比,分立元件组合结构的零件结构简单、易于加工、结构设计也更为灵活,缩短了传感器结构的优化迭代周期。通过理论模型分析和有限元仿真,优化传感器结构参数,最终封装完成的尺寸为15 mm×15 mm×15 mm,质量约为24.26 g。最后进行实验测试和传感器性能分析。实验结果表明:该传感器的工作频段为0~1 200 Hz,在X、Y、Z轴方向的固有频率分别为1 850 Hz、1 770 Hz和1 860 Hz,三个轴向的灵敏度分别达到77.37 pm/g、80.73 pm/g和75.04 pm/g,横向抗干扰小于5%。该传感器满足航天振动测量轻量化、工作范围和灵敏度的应用需求,在遥感卫星微振动测量等领域具有重要应用前景。 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅 三轴振动传感器 微型化 高灵敏度

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卫星镜头结构光纤光栅温度传感器研究 被引量：4

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作者 卢建中 孟凡勇 +2 位作者 闫光 孙广开 祝连庆 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2019年第10期1252-1259,共8页

为了解决卫星星敏感器光学镜头结构在轨温度监测问题,提出一种弧形基底封装的光纤光栅温度传感器。分析了星敏镜头结构特征与光纤光栅温度传感原理,采用飞秒激光刻写的光纤光栅作为敏感元件,设计了可贴合于星敏镜头结构特征的弧形封装基... 为了解决卫星星敏感器光学镜头结构在轨温度监测问题,提出一种弧形基底封装的光纤光栅温度传感器。分析了星敏镜头结构特征与光纤光栅温度传感原理,采用飞秒激光刻写的光纤光栅作为敏感元件,设计了可贴合于星敏镜头结构特征的弧形封装基底,完成了光纤光栅温度传感器封装,并对传感器进行了拉伸测试、温度标定及温度重复性测试,并已应用于实际工程中。结果表明:弧形封装结构形式的光纤光栅温度传感器线性度可达 0 998,温度灵敏度达到 8 54pm/℃,同一温度下中心波长变化量在 2pm以内,且受弧形基底封装结构变形产生的应变影响小。卫星在轨温度监测,光纤光栅传感与电子式传感相差±3℃。可以实现星敏镜头结构的温度测量功能,在星敏感器结构在轨温度测温中具有应用前景。 展开更多

关键词 弧形基底 光纤光栅 星敏感器镜头 温度传感器 卫星在轨温度

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浮空器柔性复合蒙皮形变光纤布拉格光栅传感器应变传递特性 被引量：4

6

作者 刘炳锋 董明利 +2 位作者 孙广开 何彦霖 祝连庆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期193-201,共9页

为提高浮空器气囊蒙皮形变光纤布拉格光栅监测的应变传递效率,研究了柔性复合蒙皮光纤光栅应变传递特性。针对柔性复合蒙皮材料结构特征,建立了“光纤光栅—粘贴层—蒙皮结构”三层应变传递模型,推导出应变传递变化函数,通过解析方法和... 为提高浮空器气囊蒙皮形变光纤布拉格光栅监测的应变传递效率,研究了柔性复合蒙皮光纤光栅应变传递特性。针对柔性复合蒙皮材料结构特征,建立了“光纤光栅—粘贴层—蒙皮结构”三层应变传递模型,推导出应变传递变化函数,通过解析方法和有限元方法对光纤光栅传感器各点应变传递率进行了计算,并分析了粘贴层及蒙皮结构相关参数对应变传递率的影响,得出表面粘贴式光纤光栅传感结构最佳封装参数。研究结果表明,对于传感器中部的应变传递效率,解析和数值方法计算误差小于5%,当粘贴层弹性模量为0.5 GPa、粘贴长度为40 mm、粘贴宽度为6 mm、上下粘贴层厚度分别为0.2 mm和0.1 mm时,光纤光栅应变传递模型封装参数优化后的应变传递率可达97.04%,可满足浮空器气囊形变监测的灵敏度要求。 展开更多

关键词 浮空器 柔性复合蒙皮 光纤光栅 表贴式传感器 应变测量 应变传递

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基于光纤阵列的气流传感方法研究 被引量：2

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作者 赵利明 李红 +2 位作者 宋言明 董明利 祝连庆 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期599-604,共6页

提出了一种基于光纤光栅阵列的光纤气流传感器。单模光纤光栅的栅区长度为10 mm,将三根光纤光栅均匀环绕布设于硅胶基体。传感器外界环境温度以及气流流速的改变都会引起传感器反射谱的变化。通过监测反射谱可以实现对外界物理量的测量... 提出了一种基于光纤光栅阵列的光纤气流传感器。单模光纤光栅的栅区长度为10 mm,将三根光纤光栅均匀环绕布设于硅胶基体。传感器外界环境温度以及气流流速的改变都会引起传感器反射谱的变化。通过监测反射谱可以实现对外界物理量的测量。实验分析可知,硅胶基体与光纤光栅有着很好的耦合效果,通过改变硅胶基体的长度使得传感器的传感特性得到有效改善。实验研究结果表明,在正常室温情况下,传感器的中心波长漂移量与流速成二次函数关系且传感器具有方向传感特性。本文提出的光纤阵列气流传感器结构紧凑、制作工艺简单、可靠性高。 展开更多

关键词 光纤光栅 气流传感器 应变 流速 角度

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螺旋型光纤传感软体操作臂状态测量及特性分析 被引量：2

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作者 祝航威 何彦霖 +2 位作者 孙广开 宋言明 祝连庆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第11期213-221,共9页

微创手术软体操作臂是微创外科和机器人领域的科学前沿和研究热点,对提升微创手术水平至关重要。现有视觉、电子和光电等传感方法尚未解决软体操作臂的状态测量问题,以直线型布设在软体操作臂中的光纤传感器,在柔性操作臂伸展和弯曲等... 微创手术软体操作臂是微创外科和机器人领域的科学前沿和研究热点,对提升微创手术水平至关重要。现有视觉、电子和光电等传感方法尚未解决软体操作臂的状态测量问题,以直线型布设在软体操作臂中的光纤传感器,在柔性操作臂伸展和弯曲等运动时存在易断裂和可重复性差等问题,未能实现手术操作臂的闭环控制,限制了其手术应用。为此,提出了一种基于螺旋型光纤传感的软体操作臂状态测量方法,并对其传感特性进行了研究。不同于直线布设光纤的传感方法,螺旋型布设光纤的传感方法可以实现可伸缩软体操作臂的测量,防止光纤在软体操作臂中的错位,满足可伸缩弯曲软体操作臂的测量需求。通过理论分析气动驱动软体操作臂伸缩和弯曲的运动特性,利用光纤上刻写的布拉格光栅传感点,建立软体操作臂中螺旋型光纤光栅的传感模型,推导出光纤光栅中心波长漂移量和软体操作臂弯曲曲率之间的关系。最后,为了验证螺旋型光纤光栅在软体操作臂中的传感性能,对其传感灵敏度和稳定性等进行了实验测试。实验结果表明:提出的螺旋型光纤传感方法可实现操作臂伸长10%、弯曲角度达到180°时的状态测量,且操作臂理论弯曲角度和光纤传感的误差最大为9%,传感灵敏度可达12.55 pm/(°),满足软体操作臂伸缩和各向弯曲操作时的测量需求。 展开更多

关键词 光纤传感 可伸缩螺旋型 软体操作臂 状态测量

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基于改进LSTM的FBG传感网络光谱基线校正方法

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作者 韩颖 张旭 +1 位作者 于明鑫 庄炜 《光通信研究》 北大核心 2024年第4期38-45,共8页

【目的】针对复杂外界环境所致的光纤布拉格光栅(FBG)光谱信号基线漂移问题,文章提出了一种基于改进的长短期记忆(LSTM)模型的光谱基线校正方法。【方法】改进的LSTM模型由卷积神经网络(CNN)、全连接层和LSTM网络组成。CNN与LSTM模型相... 【目的】针对复杂外界环境所致的光纤布拉格光栅(FBG)光谱信号基线漂移问题,文章提出了一种基于改进的长短期记忆(LSTM)模型的光谱基线校正方法。【方法】改进的LSTM模型由卷积神经网络(CNN)、全连接层和LSTM网络组成。CNN与LSTM模型相比,改进的LSTM模型利用CNN提取FBG光谱信号的特征信息。文章使用仿真数据集和实测数据集对改进的LSTM模型进行训练。仿真数据集由特征噪声、基线和FBG光谱组成。分别使用小波软阈值法、惩罚最小二乘法、循环神经网络(RNN)法、LSTM法和改进的LSTM法进行基线校正。使用FBG传感信号存活率和均方根误差(RMSE)对5种方法的校正结果进行评价。【结果】使用仿真数据集对LSTM模型进行训练与测试,改进的LSTM模型将FBG传感信号存活率提高了60.8%。采用仿真数据集对模型进行预训练后,再将使用实测数据集对经过预训练的模型进行训练得到的改进LSTM模型与直接使用实测数据集训练的模型相比,改进的LSTM模型具有更好的校正效果。FBG光谱的RMSE降低了10.95%,RMSE的标准差降低了4%。使用改进的LSTM模型对FBG光谱实测数据集进行校正,FBG传感信号存活率提高了50.5%。与小波软阈值法、惩罚最小二乘法、RNN法和LSTM法相比,改进后的LSTM模型具有更好的校正效果,RMSE的均值和标准差分别为0.0122和0.0024。解调中心波长的RMSE为0.036 pm,并且基线校正过程只需9.68 ms。【结论】改进的LSTM模型是一种有效的基线校正方法,在复杂外部环境下具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅 光谱基线校正 改进长短期记忆模型 深度学习

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基于啁啾光纤光栅激光器的温度传感特性 被引量：1

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作者 罗章 何巍 +1 位作者 董明利 张雯 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期1928-1935,共8页

提出并设计了一种环形腔掺铒光纤激光用于温度传感的方法。利用啁啾光纤光栅进行光学滤波,结合未泵浦掺铒光纤作为可饱和吸收体稳频,实现了环形腔掺铒光纤激光器单波长激光输出。通过温度变化实验,实现了单波长激光输出的温度传感测量... 提出并设计了一种环形腔掺铒光纤激光用于温度传感的方法。利用啁啾光纤光栅进行光学滤波,结合未泵浦掺铒光纤作为可饱和吸收体稳频,实现了环形腔掺铒光纤激光器单波长激光输出。通过温度变化实验,实现了单波长激光输出的温度传感测量。泵浦源输出功率为219 mW时,实现了1555.25 nm单波长激光输出,3 dB线宽为0.06 nm,边摸抑制比为47.05 dB。实验中对1555.25 nm单波长激光进行稳定性测试,10 min内激光输出功率变化为0.59 dB。利用温度加热平台对啁啾光纤光栅进行升降温实验,升温过程温度灵敏度为12.59 pm/℃,线性度为0.9986,降温过程温度灵敏度为12.58 pm/℃,线性度为0.9983。不同温度条件下对激光进行稳定性测试,在10 min监测时间范围内,50℃和300℃激光输出功率变化分别为0.27 dB和0.09 dB。 展开更多

关键词 光纤激光器 啁啾光纤光栅 可饱和吸收体 温度传感

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类抛物线形单孔悬挂芯光纤光镊设计与微粒操控

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作者 李红 牛田森 +2 位作者 周雅妮 邢诗梦 娄小平 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期316-328,共13页

为提高光镊系统中光纤波导耦合度与微通道集成度,实现对微粒的多样操控,提出了一种类抛物线形单孔悬挂芯光纤光镊结构,从双光束聚焦光场机制出发,分析并建立了光镊探针尖端横向和轴向光阱力数学模型,通过出射光场分布仿真模型的计算,探... 为提高光镊系统中光纤波导耦合度与微通道集成度,实现对微粒的多样操控,提出了一种类抛物线形单孔悬挂芯光纤光镊结构,从双光束聚焦光场机制出发,分析并建立了光镊探针尖端横向和轴向光阱力数学模型,通过出射光场分布仿真模型的计算,探究了类抛物线形悬挂芯光纤中空孔直径、微粒尺寸与纤芯功率等参量对出射光场和光阱力的影响。结合悬挂芯光纤流道的气压控制,利用CO_(2)激光熔融工艺制备了光纤光镊探针,建立了针对直径2、5、10μm的聚苯乙烯微粒操控实验。研究为单孔悬挂芯光纤应用于光纤光镊实现微粒操控乃至输运提供了技术基础,也为光纤光镊提高集成度与灵活性提供了新的思路。 展开更多

关键词 光纤光镊 单孔悬挂芯光纤 抛物线形 光阱力 光操控

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超短FBG的高灵敏度温度传感器 被引量：4

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作者 吴昊 张洋 +2 位作者 王帅 刘瀚霖 辛璟焘 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1057-1064,共8页

为了研究一种适用于人造卫星环境温度监测的高灵敏度温度传感器,利用超短光纤光栅的小尺寸优点并结合双金属增敏结构研究设计小尺寸高灵敏度温度传感器。采用1 mm超短光纤光栅作为测量敏感元件,以热膨胀系数大的铝材作为基底、热膨胀系... 为了研究一种适用于人造卫星环境温度监测的高灵敏度温度传感器,利用超短光纤光栅的小尺寸优点并结合双金属增敏结构研究设计小尺寸高灵敏度温度传感器。采用1 mm超短光纤光栅作为测量敏感元件,以热膨胀系数大的铝材作为基底、热膨胀系数小的殷钢为热应变传递梁,将30 mm的铝材基底热应变转化为1 mm超短光纤光栅上的弹性应变,达到高效的温度增敏效果,实现了高灵敏度的温度测量。经测试,高灵敏度温度传感器的温度灵敏度系数为292.59 pm/℃,分辨率优于0.004℃,线性度为99.93%。该传感器可用于温度的精确测量,具有尺寸小和分辨率高等优点。 展开更多

关键词 超短光纤光栅 温度传感 增敏结构

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遥感卫星结构在轨热应变光纤光栅监测方法 被引量：3

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作者 王浩然 董明利 +2 位作者 孙广开 何彦霖 周康鹏 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第12期265-278,共14页

遥感卫星结构在轨服役期间易受空间极端温度变化与微重力环境影响容易产生热应变,严重影响探测精度,而现有方法难以实现热应变在轨监测。针对这一问题,提出具有温度解耦功能的热应变光纤光栅监测方法。采用数值模拟方法开展结构热应变... 遥感卫星结构在轨服役期间易受空间极端温度变化与微重力环境影响容易产生热应变,严重影响探测精度,而现有方法难以实现热应变在轨监测。针对这一问题,提出具有温度解耦功能的热应变光纤光栅监测方法。采用数值模拟方法开展结构热应变计算分析,得到结构整体和局部热加载下温度场和应变场分布特征及变化规律。设计构建热应变光纤监测试验系统,对卫星天线结构模拟试件进行热加载光纤测量试验,测试分析热应变光纤监测精度,验证了方法的有效性。研究结果表明,在-120~120℃温度变化范围,利用光纤布拉格光栅传感器和温度解耦方法监测温度和热应变的相对误差分别为1.02%和2.45%;在30~100℃局部热加载作用下,结构温度场和应变场的重构误差分别为3.24%和6.61%。该方法在卫星结构在轨监测领域中具有良好的应用价值与前景。 展开更多

关键词 遥感卫星 在轨监测 光纤传感 热应变 热控制

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基于双金属结构的光纤光栅温度不敏感滤波器

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作者 廖晶晶 祝连庆 +2 位作者 宋言明 辛璟焘 吕峥 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期314-321,共8页

为提高光纤陀螺宽谱光源的平均波长稳定性,提出了一种用60μm超短光纤光栅制作带宽11.77 nm温度不敏感滤波器的方法。利用金属材料的热膨胀系数差,设计了双金属温度补偿结构,能够随温度的升高/降低对光纤光栅压缩/拉伸,有效地补偿光纤... 为提高光纤陀螺宽谱光源的平均波长稳定性,提出了一种用60μm超短光纤光栅制作带宽11.77 nm温度不敏感滤波器的方法。利用金属材料的热膨胀系数差,设计了双金属温度补偿结构,能够随温度的升高/降低对光纤光栅压缩/拉伸,有效地补偿光纤光栅由热光效应引起的波长变化。在30~60℃的温度范围内,光纤光栅的温度灵敏度系数为0.15 pm/℃,较未补偿前降低了60倍以上。该结构具有较好的温度不敏感性,可作为光源滤波器提高光源的平均波长稳定性并有望用于高精度光纤陀螺。 展开更多

关键词 光纤陀螺光源 光纤光栅滤波器 双金属结构 温度补偿

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MG-Y激光器波长跳变的电流补偿方法研究

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作者 汪迪 庄炜 +2 位作者 张旭 王乐 刘万泉 《光通信研究》 北大核心 2025年第1期72-76,共5页

【目的】在当前航天领域的高速发展下,对光纤传感解调系统的性能提出了更为严格的要求。文章旨在解决调制光栅Y分支(MG-Y)激光器在通道切换时出现的波长跳变问题,从而提高激光器的波长稳定性,进而提升光纤传感解调系统在高速扫描下对振... 【目的】在当前航天领域的高速发展下,对光纤传感解调系统的性能提出了更为严格的要求。文章旨在解决调制光栅Y分支(MG-Y)激光器在通道切换时出现的波长跳变问题,从而提高激光器的波长稳定性,进而提升光纤传感解调系统在高速扫描下对振动信号的解析精度。【方法】通过深入研究MG-Y激光器的调谐特性,文章揭示了切换频率对输出波长的显著影响,并在此基础上建立了不同切换频率下激光器的波长跳变模型。基于波长跳变模型,设计和搭建MG-Y激光器波长跳变补偿系统,并提出了基于通道内电流规律的波长偏差补偿方法,通过调整通道切换处的3路电流,实现对波长误差的精准补偿,从而有效解决了波长跳变问题。【结果】实验结果表明,切换频率与波长偏差之间存在对数关系,通过实验数据拟合得到了波长偏差与切换频率的关系式。进一步的实验验证表明,通过对通道切换处的3路电流进行补偿,波长误差在1 pm以内,表现出了显著的性能提升。【结论】通过该补偿方法,波长偏差得到了显著减小,MG-Y激光器的波长稳定性得到了明显提升。文章不仅在理论上填补了高速振动环境下光纤传感解调系统的技术空白,更直接助力了国家在航天装备领域核心竞争力的提升,具有深远的科学和应用价值。 展开更多

关键词 调制光栅Y分支激光器 波长跳变 切换频率 电流补偿 波长稳定性

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基于飞秒激光直写FBG的C+L波段掺铒光纤激光器 被引量：2

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作者 何巍 袁宏伟 +2 位作者 孟凡勇 宋言明 祝连庆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第7期1-6,共6页

提出并设计了一种基于飞秒激光直写制备光纤布拉格光栅阵列的C+L波段掺铒光纤激光器,实现了波长可切换的单波长及双波长激光输出。采用飞秒激光透过聚酰亚胺光纤保护层在纤芯直写的方法,分别实现周期为538、542、547 nm的光纤布拉格光... 提出并设计了一种基于飞秒激光直写制备光纤布拉格光栅阵列的C+L波段掺铒光纤激光器,实现了波长可切换的单波长及双波长激光输出。采用飞秒激光透过聚酰亚胺光纤保护层在纤芯直写的方法,分别实现周期为538、542、547 nm的光纤布拉格光栅刻写,单个光栅栅区长度3 000μm。作为选频器件的光栅阵列反射波长分别为1 555.5、1 569.6、1 583.8 nm;选用长度为3 m的C波段和10 m的L波段掺铒光纤组合作为激光器增益介质,结合泵浦源、光纤布拉格光栅偏振控制器及宽带全反镜构成线形腔结构光纤激光器。实验结果表明:激光器工作阈值为35 mW,通过调节偏振控制器能够实现1 555.4、1 569、1 583.2 nm单波长激光可切换输出,激光3 dB线宽0.05 nm,边模抑制比大于35 dB;实验中分别对单波长激光的光谱稳定性进行了测试,10 min内最大功率波动小于0.98 dB;通过调节偏振控制器可分别实现1 569、1 583.2 nm以及1 555.4、1 569 nm双波长激光同时输出,在10 min监测时间内,输出激光功率变化分别小于1.14 dB和4.48 dB。 展开更多

关键词 光纤激光器 飞秒激光 光纤布拉格光栅 掺铒光纤

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超声脉冲导入光纤光栅的动态光谱特性研究 被引量：2

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作者 李佳 刘锋 +1 位作者 李红 周锋 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2020年第12期1492-1497,共6页

提出超声以矩形脉冲波的形式轴向导入光纤光栅,分析超声脉冲作用于光纤光栅的机理;在此基础上,设计超声脉冲发生电路以及超声换能器,用高电压脉冲驱动堆栈式压电陶瓷产生沿光纤轴向的压缩脉冲,并通过符合声阻抗匹配的铝锥结构将脉冲幅... 提出超声以矩形脉冲波的形式轴向导入光纤光栅,分析超声脉冲作用于光纤光栅的机理;在此基础上,设计超声脉冲发生电路以及超声换能器,用高电压脉冲驱动堆栈式压电陶瓷产生沿光纤轴向的压缩脉冲,并通过符合声阻抗匹配的铝锥结构将脉冲幅值放大,高效地耦合进光纤光栅;采用CCD成像法高速采集光纤光栅在时域上的动态反射光谱,分析其时域上的光谱变化规律。结果表明:超声脉冲波长远大于光纤光栅长度时,超声脉冲导入的光纤光栅可有效搬移光谱,在脉冲作用时刻中心波长发生漂移。为超声脉冲与波分复用解调技术相结合提供参考。 展开更多

关键词 超声脉冲 光纤光栅 动态光谱 光谱搬移 铝锥结构

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芯包复合光纤光栅的飞秒激光制备及其温度特性

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作者 张雯 熊洁 +1 位作者 何巍 祝连庆 《中国测试》 CAS 北大核心 2022年第8期150-155,共6页

该文针对栅区同时存在于纤芯和包层区域的芯包复合光纤光栅展开研究,利用纤芯失配机制建立双波长布拉格谐振与温度传感模型,使用波长800 nm、脉宽35 fs、重频1 kHz的飞秒激光逐线刻写,制备光栅栅距533 nm、栅线长度10μm、栅区长度2000... 该文针对栅区同时存在于纤芯和包层区域的芯包复合光纤光栅展开研究,利用纤芯失配机制建立双波长布拉格谐振与温度传感模型,使用波长800 nm、脉宽35 fs、重频1 kHz的飞秒激光逐线刻写,制备光栅栅距533 nm、栅线长度10μm、栅区长度2000μm的芯包复合光纤光栅,纤芯与包层布拉格谐振分别位于1542.07 nm、1540.09 nm,符合双波长谐振模型。在温度范围50~410℃、步长20℃的测试条件下研究芯包复合光纤光栅的温度特性。实验结果表明,双布拉格谐振波长均随温度升高而产生红移,且纤芯、包层谐振的温度灵敏度分别为10.22 pm/℃、10.45 pm/℃,符合器件温度传感模型预测。芯包复合光纤光栅能产生双峰反射光谱,实现单传感结构、双灵敏系数的功能性扩展,具有巨大的应用价值与潜力。 展开更多

关键词 芯包复合光纤光栅 飞秒激光制备 逐线直写法 温度特性研究

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三光束干涉光纤法布里珀罗结构及其双参数测试研究 被引量：5

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作者 郝家祺 张雯 +2 位作者 何巍 董明利 祝连庆 《中国测试》 CAS 北大核心 2020年第12期22-27,共6页

该文提出一种全单模光纤的三光束干涉光纤法布里珀罗结构传感器。对三光束干涉光纤法布里珀罗结构传感原理进行分析,并阐述三光束干涉结构的温度、折射率双参数传感机理。空气腔结构使用熔接机电弧放电制作,结合光纤精密切割技术将一端... 该文提出一种全单模光纤的三光束干涉光纤法布里珀罗结构传感器。对三光束干涉光纤法布里珀罗结构传感原理进行分析,并阐述三光束干涉结构的温度、折射率双参数传感机理。空气腔结构使用熔接机电弧放电制作,结合光纤精密切割技术将一端尾纤切平,形成三光束干涉光纤法布里珀罗结构。设计并搭建实验系统对温度和折射率进行测试,测温范围为30~100℃,该传感器温度灵敏度为8.17 pm/℃,线性度可达0.9983。折射率的测量范围为1.3316~1.3430时,该传感器灵敏度为-49.9 dB/RIU,线性度为0.9856,当折射率测量范围为1.3430~1.3551时,折射率灵敏度为-21.6 dB/RIU,此时的线性度为0.9735。实验结果表明,该传感器可用于温度和折射率的双参数精确测量。 展开更多

关键词 光纤传感器 三光束干涉 电弧放电 温度测量 折射率测量

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光纤光栅链路反射谱强度自适应解调 被引量：3

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作者 秦根朝 孟凡勇 +2 位作者 李红 庄炜 董明利 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期235-242,共8页

针对解调仪单通道多光栅反射谱强度差异过大,导致无法有效寻峰或寻峰误差增大的问题,提出了利用不同曝光周期多次曝光解调的方法调整峰值,根据光谱数据直方图来确定寻峰阈值。分析了谱峰峰值对寻峰稳定性的影响,建立了曝光周期、寻峰阈... 针对解调仪单通道多光栅反射谱强度差异过大,导致无法有效寻峰或寻峰误差增大的问题,提出了利用不同曝光周期多次曝光解调的方法调整峰值,根据光谱数据直方图来确定寻峰阈值。分析了谱峰峰值对寻峰稳定性的影响,建立了曝光周期、寻峰阈值自适应调整规则,用LabVIEW软件实现了自适应寻峰解调算法。通过实际光纤光栅传感器测试,可完成差异过大反射光谱的自动曝光和寻峰解调处理,在保证寻峰稳定性的前提下,有效提高了谱峰识别数量、解调系统自适应能力和工作可靠性。通过实验发现,谱峰峰值在光强饱和值70%~90%范围内寻峰稳定性最高,寻峰得到的中心波长标准差在0.5 pm以内,稳定性比单次曝光解调提高了50%,程序运行时间在100 ms以内,可以实现快速解调。 展开更多

关键词 光纤传感 光谱强度 曝光周期 寻峰阈值 自适应解调算法

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