基于分布式传感的抗弯曲光纤研究进展

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作者 李佳琪 张立欣 +1 位作者 刘紫娟 李永倩 《激光杂志》 北大核心 2025年第5期11-19,共9页

光纤弯曲会产生损耗、降低传感信号强度,在极端情况下甚至会导致传感信号的消失。抗弯曲光纤因其不受弯曲损耗影响,能保持良好的传感性能,成为分布式光纤传感领域的研究热点。以弯曲不敏感光纤和光子晶体光纤为例,分析抗弯曲光纤的基本... 光纤弯曲会产生损耗、降低传感信号强度,在极端情况下甚至会导致传感信号的消失。抗弯曲光纤因其不受弯曲损耗影响,能保持良好的传感性能,成为分布式光纤传感领域的研究热点。以弯曲不敏感光纤和光子晶体光纤为例,分析抗弯曲光纤的基本结构与特点;对近年来抗弯曲光纤的设计及其在分布式传感中的应用进行探讨,得出弯曲不敏感光纤与光子晶体光纤能够达到的最小弯曲半径均为1 mm,在1 550 nm附近的工作波长下损耗值小于0.2 dB;最后指出抗弯曲光纤的前沿应用领域及未来研究方向,在抗弯曲的基础上兼顾大模场面积、长距离传感、高精度以及多参量检测等。 展开更多

关键词 光纤传感 弯曲损耗 抗弯曲光纤 细直径光纤 光子晶体光纤

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PSK脉冲编码降低瑞利散射型光纤传感系统相干瑞利噪声的理论和仿真研究

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作者 王磊 李永倩 +1 位作者 张立欣 范海军 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1223-1229,共7页

频移平均(Frequency Shift Averaging,FSAV)技术是目前降低相干瑞利噪声(Coherent Rayleigh noise,CRN)的最主要方法,然而其降噪效果会受到频率漂移和脉冲啁啾效应的影响,且不适合应用在高空间分辨率系统中。针对以上问题,提出一种利用... 频移平均(Frequency Shift Averaging,FSAV)技术是目前降低相干瑞利噪声(Coherent Rayleigh noise,CRN)的最主要方法,然而其降噪效果会受到频率漂移和脉冲啁啾效应的影响,且不适合应用在高空间分辨率系统中。针对以上问题,提出一种利用相移键控(Phase Shift Keying,PSK)脉冲编码降低CRN的新方法。详细分析了该方法的原理,仿真验证了该方法的有效性和适用性。结果表明:该方法不仅能有效降低CRN,且能在高空间分辨率下完全适用,为基于瑞利散射的高空间分辨率高精度分布式光纤传感系统中CRN的降低提供了新的视角和实用方法。 展开更多

关键词 相干瑞利噪声 频移平均技术 PSK 脉冲编码 多编码序列

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基于混合干涉结构的光纤温盐深传感器设计 被引量：2

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作者 张雨微 李永倩 +3 位作者 姚国珍 赵旭 刘婷 武佳琪 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第4期88-91,共4页

提出了一种基于法布里-珀罗干涉仪(FPI)级联马赫-曾德干涉仪(MZI)的混合干涉型光纤温盐深传感器。利用两段单模光纤与二氧化硅(SiO_(2))毛细管制作了28μm的FPI微腔。FPI导出单模光纤依次与大芯径多模光纤、细芯光纤对准熔接,并在细芯... 提出了一种基于法布里-珀罗干涉仪(FPI)级联马赫-曾德干涉仪(MZI)的混合干涉型光纤温盐深传感器。利用两段单模光纤与二氧化硅(SiO_(2))毛细管制作了28μm的FPI微腔。FPI导出单模光纤依次与大芯径多模光纤、细芯光纤对准熔接,并在细芯光纤后错位熔接单模光纤,FPI导出单模-多模-细芯-错位熔接单模构成MZI。对传感器的温度、折射率及深度响应特性进行了理论分析和实验研究,通过监测反射谱和透射谱,选取不同的特征波长。实验结果表明:FPI对折射率变化不敏感,温度和深度灵敏度为0.578 nm/℃和1.297 2 nm/cm, MZI两个特征波谷对温度灵敏度分别为0.052 4 nm/℃和0.055 2 nm/℃,折射率灵敏度分别为-35.157 nm/RIU和-27.581 nm/RIU,对深度变化不敏感。该传感器具有制作简单、成本低廉等优点。 展开更多

关键词 光纤传感 法布里-珀罗干涉仪 马赫-曾德干涉仪 温度 折射率 深度

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高阶轨道角动量传输光纤设计及传输特性研究(内封底文章)

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作者 赵丽娟 吴雨静 徐志钮 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期162-174,共13页

为解决一般轨道角动量传输光纤传输轨道角动量模式数量少、质量差的问题,提出了一种基于正六边形空气孔排列的新型光子晶体光纤结构。该光纤引入了空气填充率高的矩形空气孔以及采用高折射率材料填充环形传输区域,能够有效提高环形传输... 为解决一般轨道角动量传输光纤传输轨道角动量模式数量少、质量差的问题,提出了一种基于正六边形空气孔排列的新型光子晶体光纤结构。该光纤引入了空气填充率高的矩形空气孔以及采用高折射率材料填充环形传输区域,能够有效提高环形传输区域和包层间的折射率差,且正六边形排列空气孔有利于提高模间有效折射率差。经过结构优化得到最优光纤结构,有限元法的分析结果表明,最优结构下,该光纤在常用波段S+C+L+U波段上能够支持142种轨道角动量模式的传输,最高阶数达到36阶。且所提出光纤具有良好的传输特性,本征模式的最高限制性损耗为10−9 dB/m量级,与典型轨道角动量传输光子晶体光纤相比至少降低了一个数量级;最大有效模场面积能够达到206.18μm^(2),最小非线性系数低至0.397 W^(−1)∙km^(−1);色散平坦且最小色散变化低至1.4578 ps/(nm∙km);所有本征模式纯度均在93.4%~96.8%范围内。且该光纤具有较好的制备可行性,对制造精度要求不高。因此,该光纤在基于轨道角动量光纤的复用系统中具有广阔的应用前景,为提高通信容量提供了一种有效手段。 展开更多

关键词 光纤光学 轨道角动量 有限元法 限制性损耗 通信容量

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一种基于光子晶体光纤的高灵敏度Sagnac型温度传感器建模研究 被引量：4

5

作者 赵丽娟 吴雨静 +1 位作者 徐志钮 刘琪 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期111-123,共13页

为提高Sagnac型温度传感器的测温范围和灵敏度,提供了一种具有高双折射高温度灵敏度特性的光子晶体光纤设计方法。通过在光纤空气孔内填充温敏液体材料,使光纤具有良好的温敏特性。在COMSOL中建立该光子晶体光纤的电磁场模型并对光纤特... 为提高Sagnac型温度传感器的测温范围和灵敏度,提供了一种具有高双折射高温度灵敏度特性的光子晶体光纤设计方法。通过在光纤空气孔内填充温敏液体材料,使光纤具有良好的温敏特性。在COMSOL中建立该光子晶体光纤的电磁场模型并对光纤特性进行分析计算,利用有限元法分析结构参数对双折射和光纤双折射温度灵敏度的影响,并在所确定结构基础上研究了温敏液体的填充方式和填充液体类型对光纤温敏特性的影响。确定了最优的结构和液体填充方式,最优情况下该光纤的双折射温度灵敏度能够达到2.0507×10^(−5)/℃,在1550 nm处可获得5.96×10^(−2)的双折射。将2 mm光子晶体光纤应用于Sagnac型温度传感器中并进行传感性能仿真分析,利用多项式拟合的方法对结果数据进行拟合以分析传感器的温度灵敏度,提高拟合准确性、减小测量误差。结果表明在0~75℃范围内传感器平均灵敏度可达11.28 nm/℃,与现有典型Sagnac型温度传感器相比,本文Sagnac型温度传感器在尽量减小光纤长度的基础上获得了较高的温度灵敏度,并且测温范围更大、准确性更高。因此,该传感器在温度测量领域有一定的应用前景。 展开更多

关键词 光子晶体光纤 Sagnac型温度传感器 双折射 温度灵敏度 乙醇填充

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一种可用于化学传感的对角对称光子晶体光纤设计 被引量：2

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作者 赵丽娟 赵海英 +1 位作者 徐志钮 梁若愚 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期269-278,共10页

本文提出了一种可用于化学传感的具有高双折射、低损耗的光子晶体光纤,并系统地分析了空气孔参数对光纤光学特性的影响。研究表明,最优结构的光纤在典型波长1.55μm时对水、乙醇和苯的相对灵敏度分别可达56.3%、59.9%和62.5%,相比现有... 本文提出了一种可用于化学传感的具有高双折射、低损耗的光子晶体光纤,并系统地分析了空气孔参数对光纤光学特性的影响。研究表明,最优结构的光纤在典型波长1.55μm时对水、乙醇和苯的相对灵敏度分别可达56.3%、59.9%和62.5%,相比现有光子晶体光纤分别提高1.05~6.25倍、1.05~4.99倍和1.03~4.63倍。此外,该光纤还具有较好的传输特性。因此,本文提出的光子晶体光纤在化学传感和生物医学领域方面更具优势。 展开更多

关键词 光子晶体光纤 化学传感 相对灵敏度 有限元法 高双折射

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MIM波导结构耦合椭圆八字形谐振腔的折射率传感器 被引量：1

7

作者 单义婷 赵丽娟 +1 位作者 张智娟 黄梓朦 《光通信技术》 北大核心 2024年第1期34-38,共5页

为了进一步提高光学折射率传感器灵敏度,设计了一种金属-介质-金属(MIM)波导结构耦合椭圆八字形谐振腔的折射率传感器。首先,理论分析了该传感结构的原理及关键性能指标;然后,使用有限元分析仿真软件构建了仿真结构,研究其传感性能。仿... 为了进一步提高光学折射率传感器灵敏度,设计了一种金属-介质-金属(MIM)波导结构耦合椭圆八字形谐振腔的折射率传感器。首先,理论分析了该传感结构的原理及关键性能指标;然后,使用有限元分析仿真软件构建了仿真结构,研究其传感性能。仿真结果表明:当a=540 nm、b=340 nm、g=10 nm、l=70 nm时,所设计的传感器的灵敏度可以达到1323 nm/RIU,对应的品质因数可以达到16。 展开更多

关键词 表面等离子体激元 金属-介质-金属波导 折射率传感器 灵敏度 有限元法

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基于光纤传感的形状传感发展研究 被引量：2

8

作者 刘紫娟 李永倩 +1 位作者 张立欣 范海军 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期760-766,共7页

光纤传感技术是近年来新兴的一种传感技术,在众多领域中得到了广泛的关注和研究。归纳总结了光纤形状传感技术研究的主要进展,讨论了基于光纤光栅传感和分布式传感的光纤形状传感技术的基本原理,介绍了形状重构的理论框架——Frenet-Ser... 光纤传感技术是近年来新兴的一种传感技术,在众多领域中得到了广泛的关注和研究。归纳总结了光纤形状传感技术研究的主要进展,讨论了基于光纤光栅传感和分布式传感的光纤形状传感技术的基本原理,介绍了形状重构的理论框架——Frenet-Serret公式,分析了分布式光纤形状传感技术研究中的关键问题,并在此基础上对分布式光纤形状传感技术的研究前景进行了展望。 展开更多

关键词 光纤光学 形状传感 光纤光栅传感 分布式光纤传感 弗莱纳公式

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基于BOTDR的多模光纤温度传感 被引量：2

9

作者 范海军 李永倩 +3 位作者 张立欣 刘紫娟 王少康 刘艳蕊 《激光杂志》 CAS 北大核心 2022年第1期74-80,共7页

针对多模光纤存在的模式耦合和布里渊增益谱展宽限制传感精度的提高等问题,提出利用单模光纤对多模光纤中散射信号的高阶模进行过滤实现多模光纤分布式温度传感精度的提高。分析了多模光纤的布里渊散射与温度传感原理,搭建单模光纤滤模... 针对多模光纤存在的模式耦合和布里渊增益谱展宽限制传感精度的提高等问题,提出利用单模光纤对多模光纤中散射信号的高阶模进行过滤实现多模光纤分布式温度传感精度的提高。分析了多模光纤的布里渊散射与温度传感原理,搭建单模光纤滤模的移频本地外差布里渊光时域反射(BOTDR)系统,测量并比较了两种多模光纤的温度传感特性。结果表明:在单模光纤过滤高阶模的BOTDR系统中,阶跃折射率和渐变折射率多模光纤的布里渊频移的温度系数分别为(0.884±0.013)MHz/℃、(1.104±0.013)MHz/℃,温度测量精度分别为1.249℃、1.071℃;且利用单模光纤过滤散射信号中的高阶模可有效减小布里渊散射谱宽,75℃时分别为58.12 MHz、72.14 MHz,可有效提高多模光纤分布式温度传感精度。 展开更多

关键词 多模光纤 温度传感 布里渊频移 单模光纤 模式截止

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光纤光栅液体双参量传感器增敏设计 被引量：4

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作者 华子明 李永倩 +2 位作者 王少康 温芳芳 范海军 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期337-343,共7页

为了解决现有光纤布喇格光栅(FBG)传感器温度与压力灵敏度低的问题,设计了一种基于FBG的薄壁圆筒式液体温度与压力传感器。选用具有耐腐蚀、弹性性能好以及热膨胀系数大的不锈钢304和铍青铜C17200分别对传感器进行封装,采用有限元分析... 为了解决现有光纤布喇格光栅(FBG)传感器温度与压力灵敏度低的问题,设计了一种基于FBG的薄壁圆筒式液体温度与压力传感器。选用具有耐腐蚀、弹性性能好以及热膨胀系数大的不锈钢304和铍青铜C17200分别对传感器进行封装,采用有限元分析法对传感器进行压力和温度特性仿真分析,研究了敏感元件材料及尺寸大小对灵敏度的影响,并分析了反射波长随压力和温度的变化关系。结果表明,使用铍青铜C17200封装的传感器压力和温度灵敏度更高,在0MPa~12MPa、-5℃~40℃工作范围内压力灵敏度可达153.5pm/MPa、温度灵敏度可达31.7pm/℃,相较于裸光栅分别提升了51.2倍和2.8倍。此研究结果可为液体的高灵敏度温压测量提供参考。 展开更多

关键词 光纤光学 光栅 温度与压力测量 有限元分析

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少模光纤受激布里渊散射全模态声光耦合分析

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作者 华子明 赵丽娟 +1 位作者 谢志远 徐志钮 《光子学报》 北大核心 2025年第4期114-126,共13页

为研究纤芯半径和掺杂浓度对少模光纤受激布里渊散射全模态声光模式耦合的影响,由光、声波导特征方程和有限元法分析得到不同的光、声学模式和归一化场分布,分析了少模光纤全模态耦合布里渊增益谱,研究了纤芯半径和掺锗浓度对少模光纤... 为研究纤芯半径和掺杂浓度对少模光纤受激布里渊散射全模态声光模式耦合的影响,由光、声波导特征方程和有限元法分析得到不同的光、声学模式和归一化场分布,分析了少模光纤全模态耦合布里渊增益谱,研究了纤芯半径和掺锗浓度对少模光纤布里渊频移、线宽和增益谱的影响,并对十模光纤进行了全模态分析。研究结果表明,少模光纤声模数量与声学归一化频率值呈二次方关系;当掺锗浓度为2.0%~4.0%时,全模态耦合的线宽随浓度增大近似呈正比增大;LP0n和LPmn模族(m>0)分别与L0n模族耦合的布里渊频移均随光模阶数增大而减小;LPmn模族(m>0)与Lln模族(l=2m)耦合的布里渊频移与总的布里渊频移接近;LP0n模族与L0n模族耦合时,LP0n模(n>1)的线宽远大于基模LP01线宽;在LPmn模族(m>0)分别与L0n和Lln模族(l=2m)的耦合时,同一光模族耦合线宽随光模阶数增加而增大。 展开更多

关键词 光纤 受激布里渊散射 光学模式 声学模式 模式耦合

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基于磁流体结构的光纤温度与磁场传感器

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作者 刘婷 温芳芳 +1 位作者 张静 李永倩 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期520-526,共7页

为了实现磁场和温度的同时测量,实验制作了基于球形-细芯-球形传感结构的马赫-曾德尔干涉仪。采用将磁流体作为外环境包覆传感结构的方法,进行了双参量的传感研究。外界磁场和温度改变时,磁流体的折射率有规律地变化,可以同时测量磁场... 为了实现磁场和温度的同时测量,实验制作了基于球形-细芯-球形传感结构的马赫-曾德尔干涉仪。采用将磁流体作为外环境包覆传感结构的方法,进行了双参量的传感研究。外界磁场和温度改变时,磁流体的折射率有规律地变化,可以同时测量磁场和温度,但因消光比差,故在此基础上改良设计了一种球形-多模-细芯-球形传感结构。结果表明,单峰解调方式得到的球形-细芯-球形传感结构的磁场和温度灵敏度分别为-0.0967 nm/mT和0.0667 nm/℃;改良之后的球形-多模-细芯-球形结构干涉效果好,且磁场和温度灵敏度分别为0.1267 nm/mT和-0.1213 nm/℃,具有低成本、高灵敏度、抗噪、应用性好等特点。该研究可为磁场和温度双参量传感设计提供参考。 展开更多

关键词 光纤光学 光纤传感 磁流体 双参量测量

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基于布里渊动态光栅的高灵敏度静压力传感器设计 被引量：9

13

作者 赵丽娟 赵海英 徐志钮 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期21-36,共16页

设计了一种新型边孔型保偏光子晶体光纤,在包层中对称地引入两个大空气孔,纤芯区域与大空气孔之间仅有一层小空气孔。由平面应变假设将该模型进行二维简化,利用有限元法对该光纤的二维模型进行数值分析,通过计算不同温度和静压力下的双... 设计了一种新型边孔型保偏光子晶体光纤,在包层中对称地引入两个大空气孔,纤芯区域与大空气孔之间仅有一层小空气孔。由平面应变假设将该模型进行二维简化,利用有限元法对该光纤的二维模型进行数值分析,通过计算不同温度和静压力下的双折射频移以研究其温度和静压力传感特性。研究表明,在较大静压力和温度范围内,该保偏光子晶体光纤无需掺杂任何应力材料就可以实现−2.1353 GHz/MPa的静压力灵敏度且具有温度不敏感性,其温度灵敏度仅为+0.1542 MHz/℃。另外,还对该光子晶体光纤的光学特性进行了分析,其满足单模传输条件、具有较小的限制性损耗和较大的有效模场面积。由于具有体积小、与其他光纤兼容度强、静压力灵敏度高、温度不敏感的特性,其在温度变化不定、静压力改变区间较大的环境中静压力精确测量的优势比较明显,较好的光学特性使其在油井、土木的监测应用等方面有着重要参考价值。 展开更多

关键词 布里渊动态光栅 静压力传感 高灵敏度 光子晶体光纤 有限元法

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基于布里渊动态光栅的横向压力传感器设计 被引量：4

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作者 赵丽娟 尹丽星 徐志钮 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期248-256,共9页

设计了一种新型多层次结构的光子晶体光纤,其纤芯区域由大、小两种椭圆空气孔包围而成,而所有空气孔是沿y轴堆叠排布且关于x轴对称的。利用有限元法对该光纤的二维模型进行数值分析,在施加0~40 MPa的横向压力的情况下将温度的研究范围... 设计了一种新型多层次结构的光子晶体光纤,其纤芯区域由大、小两种椭圆空气孔包围而成,而所有空气孔是沿y轴堆叠排布且关于x轴对称的。利用有限元法对该光纤的二维模型进行数值分析,在施加0~40 MPa的横向压力的情况下将温度的研究范围扩大到-100~100℃,在低温高压力的情况下计算不同温度和压力下的双折射频移以研究其温度和压力传感特性。研究表明,该光子晶体光纤的压力灵敏度可以达到1.021 GHz/MPa,其温度灵敏度为0.554 3 MHz/℃,与目前最优的具有“三明治”结构的光子晶体光纤设计的灵敏度为692 MHz/MPa的横向压力传感系统相比提高了328 MHz/MPa,适用于海底、土木等恶劣环境的高精度监测。 展开更多

关键词 光子晶体光纤 布里渊动态光栅 有限元法 横向压力传感

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基于布里渊动态光栅的高灵敏度保偏光纤多参量同时解调 被引量：1

15

作者 赵丽娟 黄梓朦 徐志钮 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期51-60,共10页

为了实现基于保偏光纤在布里渊动态光栅的温度、快轴压力和慢轴压力同时解调,并克服传统压力传感灵敏度不足的缺点,提出了一种边孔型高灵敏度光子晶体光纤。利用有限元方法,研究了温度、快轴压力和慢轴压力与双折射频移、布里渊频移和... 为了实现基于保偏光纤在布里渊动态光栅的温度、快轴压力和慢轴压力同时解调,并克服传统压力传感灵敏度不足的缺点,提出了一种边孔型高灵敏度光子晶体光纤。利用有限元方法,研究了温度、快轴压力和慢轴压力与双折射频移、布里渊频移和布里渊线宽之间的关系,据此可实现多参量的同时解调。结果表明,该光子晶体光纤可以实现三参量的同时解调,且解调误差在1 MPa和1℃以内。快轴压力、慢轴压力和温度的误差均值分别为0.21 MPa、0.31 MPa和0.30℃,误差的标准差分别为0.15 MPa、0.21 MPa和0.21℃。在施加0~30 MPa的横向压力和0~100℃的温度时,该光子晶体光纤快轴方向上的压力灵敏度为-1.961 GHz/MPa,光纤慢轴方向上的压力灵敏度为1.356 GHz/MPa,其温度灵敏度为0.105MHz/℃。相较于目前最优结构的光子晶体光纤压力灵敏度提升了-957MHz/MPa。该传感器及解调方法适用于土木结构和大型机械在建造和使用过程中监测其内部所受温度和不同方向压力的变化。 展开更多

关键词 光纤传感 布里渊动态光栅 有限元法 光子晶体光纤 同时解调

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异常涡旋光束在吸收性海洋湍流中的传输特性研究

16

作者 刘涛 吴彤 +3 位作者 赵硕 李斌 张荣香 刘晨霞 《光通信技术》 北大核心 2024年第5期80-85,共6页

为了分析海水的吸收和湍流特性对涡旋光束传输性能影响,在同时考虑海水的吸收效应和湍流效应的基础上,推导出了异常涡旋光束的轨道角动量(OAM)模式探测概率的解析表达式,并详细讨论了吸收性湍流海水对异常涡旋光束的螺旋相位谱、探测概... 为了分析海水的吸收和湍流特性对涡旋光束传输性能影响,在同时考虑海水的吸收效应和湍流效应的基础上,推导出了异常涡旋光束的轨道角动量(OAM)模式探测概率的解析表达式,并详细讨论了吸收性湍流海水对异常涡旋光束的螺旋相位谱、探测概率以及串扰概率的影响。仿真结果表明:海水的吸收效应不可忽略,它会导致探测概率下降;吸收性海洋湍流会导致螺旋相位谱扩展,并且随着OAM模式数的增加,螺旋相位谱的扩展程度变大;随着海洋湍流的温度方差耗散率、温度与盐度贡献比的减小,以及湍流动能耗散率的增大,OAM模式的探测概率增大,串扰概率减小。 展开更多

关键词 异常涡旋光束 海水吸收 海洋湍流 探测概率

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基于分布式应变测量的光纤形状还原算法研究 被引量：1

17

作者 武佳琪 李永倩 +3 位作者 王健健 刘婷 张雨薇 赵旭 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第4期157-160,共4页

为了验证并行传输标架还原光纤传感器形状的可行性和准确性,设计了基于单模光纤的形状传感器,提出了利用有限元分析方法进行形状传感器建模和分布式应变信息的提取,对比分析了并行传输标架和弗莱纳标架在形状传感器不同弯曲形状和不同... 为了验证并行传输标架还原光纤传感器形状的可行性和准确性,设计了基于单模光纤的形状传感器,提出了利用有限元分析方法进行形状传感器建模和分布式应变信息的提取,对比分析了并行传输标架和弗莱纳标架在形状传感器不同弯曲形状和不同应变采样点数下的还原精度。结果表明:并行传输标架进行传感器形状还原时,不仅很好地还原了传感器的形状,而且弥补了在奇点位置前后弗莱纳标架方向发生突变,造成还原结果出现较大误差的不足。并行传输标架的远端位置误差低于光纤总长度的0.003 42%,相较弗莱纳标架,降低了10倍。 展开更多

关键词 单模光纤 形状传感器 并行传输标架 形状传感 有限元分析

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基于神经网络的BFS误差估算方案及影响因素研究

18

作者 赵丽娟 陈永辉 +1 位作者 徐志钮 张旭哲 《计量学报》 北大核心 2025年第6期853-861,共9页

随着人工智能技术成熟,人工神经网络(ANN)被大量用于从布里渊谱提取布里渊频移(BFS)。对比激活函数为线性函数的ANN(ANN-P)、激活函数为非线性函数的ANN及经典谱拟合方法,发现ANN-P准确性与非线性ANN接近,但训练耗时少;其准确性与经典... 随着人工智能技术成熟,人工神经网络(ANN)被大量用于从布里渊谱提取布里渊频移(BFS)。对比激活函数为线性函数的ANN(ANN-P)、激活函数为非线性函数的ANN及经典谱拟合方法,发现ANN-P准确性与非线性ANN接近,但训练耗时少;其准确性与经典谱拟合算法相当,计算时间仅为洛伦兹谱拟合算法的0.70%、伪Voigt谱拟合算法的0.43%。通过理论推导得出基于ANN-P的BFS误差估算方案,依据该方案、布里渊增益误差、权重矩阵和扫频范围可快速估算BFS误差;还推导了线宽、信噪比和扫频点数对BFS误差的影响规律。经数值产生和实测不同线宽、信噪比、扫频点数的大量布里渊数据计算,验证了方案和规律的正确性。对于实测谱,所提BFS误差估算方案平均绝对误差为7.99×10^(-2)MHz,平均相对误差为15.87%。 展开更多

关键词 光学计量 分布式光纤传感 人工神经网络 布里渊频移 误差估算

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多模光纤的布里渊散射谱特性研究及优化整形 被引量：1

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作者 李永倩 范海军 +3 位作者 张立欣 王磊 武佳琪 赵旭 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3559-3564,共6页

多模光纤中存在的多个自由度为大容量通信和多参量传感提供了可能,然而多模光纤中存在的高阶模不仅不稳定、易耦合和易辐射损耗,而且导致了布里渊增益谱畸变、谱宽展宽和布里渊增益峰值降低,严重劣化了系统的测量精度与传感可靠度。因此... 多模光纤中存在的多个自由度为大容量通信和多参量传感提供了可能,然而多模光纤中存在的高阶模不仅不稳定、易耦合和易辐射损耗,而且导致了布里渊增益谱畸变、谱宽展宽和布里渊增益峰值降低,严重劣化了系统的测量精度与传感可靠度。因此,研究多模光纤布里渊增益谱的特性和整形优化尤为重要。首先对多模光纤的布里渊频移和布里渊增益谱特性进行了理论研究,并与少模光纤、单模光纤进行对比。结果表明:多模光纤的布里渊频移与模式折射率及布里渊散射角有关,当布里渊散射角不变时,布里渊频移与模式群编号呈负相关;当模式群编号不变时,布里渊频移与布里渊散射角呈正相关。相比单模光纤,少模光纤与多模光纤由于受到高阶模的影响,布里渊增益峰值和布里渊频移较低,布里渊增益谱较宽。多模光纤中的高阶模最多,对应的布里渊增益峰值和布里渊频移最低,布里渊增益谱最宽。此外,分析并设计了两种基于单模光纤的多模光纤布里渊增益谱整形优化方法。搭建移频本地外差布里渊光时域反射系统,通过测量比较两种整形优化系统的布里渊增益谱宽及抗弯曲性能,以评估整形优化程度。实验结果表明:提出的两种整形优化方法不同程度地减小了多模光纤的布里渊增益谱宽,获取的布里渊增益谱有着良好的Lorenz拟合度,分别为0.97447和0.98789。利用单模环形器结合单模光纤对准熔接多模光纤的方法有更好的整形优化效果和抗弯曲性能,最小弯曲半径和布里渊增益谱宽分别为2.25 mm和53.12 MHz。 展开更多

关键词 布里渊散射谱 多模光纤 谱整形 谱宽 抗弯曲性能

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基于改进的蝠鲼觅食算法的光纤布拉格光栅解调方法 被引量：9

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作者 尚秋峰 杨根辈 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期63-71,共9页

针对光纤布拉格光栅在复用时,由于光源带宽有限可能会导致光谱重叠,进而影响解调精度的问题,提出一种新型的光纤布拉格光栅重叠谱解调方法。该方法基于改进的蝠鲼觅食优化算法,利用Tent混沌映射优化初始种群多样性,采用差分进化算法优... 针对光纤布拉格光栅在复用时,由于光源带宽有限可能会导致光谱重叠,进而影响解调精度的问题,提出一种新型的光纤布拉格光栅重叠谱解调方法。该方法基于改进的蝠鲼觅食优化算法,利用Tent混沌映射优化初始种群多样性,采用差分进化算法优化个体位置更新策略,解决了蝠鲼觅食优化算法易陷入局部最优的问题。对多个光纤布拉格光栅重叠谱进行仿真与实验,结果表明:所提方法能够准确解调出重叠光谱的中心波长,即使在光谱畸变的情况下,误差最大不超过0.01 nm;同时有效降低了陷入局部最优的概率,提高了算法的稳定性、可靠性。 展开更多

关键词 信息光学 光纤传感 蝠鲼觅食优化 光纤布拉格光栅 波分复用 波长解调

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