一种长周期光纤光栅边沿滤波线性解调新方法

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1、第卷"第期光"学"学"报""""""""""""""""""""""""年月文章编号一种长周期光纤光栅边沿滤波线性解调新方法!刘"波"童峥嵘"陈少华"曾"剑"开桂云"董孝义"袁树忠"赵启大南开大学现代光学研究所天津摘要!"光纤光栅作为一种新型的传感器件有着巨大的应用价值利用长周期光纤光栅的滤波特性提出了一种可应用于光纤光栅传感解调的新方法即利用长周期光纤光栅作为边沿滤波器的基本器件可完成一路或者多路光纤光栅的传感波长解调该解调方案基于光强度测量适用于动态和静态测量而且由于采用全光结构设计无须机械部件调谐因此

2、可大大提高解调速度具有系统反映迅速性能价格比高等优点经实验实现了在范围内的波长线性解调测量波长分辨极限为解调速度数十关键词!"导波与纤维光学边沿滤波线性解调长周期光纤光栅波长解码中图分类号"""文献标识码"""""""""引""言非平衡马赫曾德尔干涉仪解调法等这些解调方案各有优缺点如非平衡马赫曾德尔干涉仪具有光纤光栅作为传感元件具有其它传感器无可比响应速度快分辨率高的优点但它极易受环境干扰拟的优点近年来国内外对光纤光栅的应变应力和因此只适用于检测动态应变边沿滤波解调方案基温度等物理量的传感特性进行了多方面的

3、研于输出光强与波长存在的函数关系通过测量输出光究与此同时光纤光栅传感解调技术也得到强即可获得波长信息适用于动态静态测量具有了不断发展人们相继提出了多种传感解调方案如较好的线性输出其测量范围与探测器的分辨率成调谐滤波方案傅里叶变换法和可调光源法反比且系统反应迅速成本较低使用方便自从年等在光纤中成功地"!国家自然科学基金天津市科委重点基金写入长周期光栅以来有关长周期光栅的研究工作国家计划基金资助课题引起了广泛的关注长周期光纤光栅在带阻滤波器!宽带掺铒光纤放大器的增益平坦高灵敏度传感收稿日期收到修改稿日期""""

4、""""""""""""""光"""学"""学"""报"""""""""""""""""""卷"器等方面有重要的应用前景传感光栅由传感布拉格光栅反射后形成窄带光等将长周期光栅应用于应变测量中获得了较好谱再经耦合器均分成两路光束其中一束经线性的实验结果滤波器到达光电检测器另一束直接检测以补偿本文介绍了边沿滤波解调的原理并依据此原由于光源强度波动对实验造成的影响由于光纤的理利用长周期光栅作为边沿滤波器完成了实验并端面反射使得光源的光谱对后端光电检测器件造取得较好的实验结果本方案是一种基于光强检测成很大的影响因此

5、需要将不用的光纤端面浸入的全光纤解调技术可对传感布拉格光栅的反射谱折射率匹配液中用于减少端面反射进行波长解码与其他方法相比具有更高的测量精度与响应速度因而具有更广泛的应用价值"边沿滤波线性解调原理图为基于边沿滤波器的线性解调原理示意图图中虚线为边沿滤波器的传递函数曲线在光纤光栅系统中可以用归一化的光谱透射率曲线!表示实线为窄线宽布拉格光栅的反射光功率谱密度!因此布拉格光栅反射光谱透过该滤对于该系统可以认为波器后的光功率信号!为!!!式中分别是载场光强光功率和参考光强!#!!!!光功率因此通过测量可直接得到!

6、的动态值""若在一定的波长范围内!近似为线性函数且!的光谱线宽远小于该波长范围则!"!也可以近似为线性函数即"基于长周期光纤光栅的边沿滤波解!!#!!!调系统实验采用的长周期光纤光栅的透射谱如图所式中!#!!!为布拉格光栅的反射示它是用自制的幅度掩模板和在的准分总功率因此通过测量!!即可获得波长信子激光器写入而成的其中心波长为息这就完成了对波长的检测由图可知长周期光纤光栅透射谱在其透射峰"实验系统两侧各有一段近似线性范围在这段区域内长周期用边沿滤波特性实现光纤光栅传感器波长解调光纤光栅透射率与波长位置!成近

7、似的线性关的基本原理如图所示其中为自行研制的系可用公式表示为!式中为仅宽带光源宽带光源发出的光经耦合器进入与长周期光纤光栅特性有关的常量因此基于这一期"""""""""""刘"波等"一种长周期光纤光栅边沿滤波线性解调新方法""""""""""""特性我们用长周期光纤光栅作为边沿滤波器件通的透射率与传感布拉格光栅的波长成良好的线性关过测量透射光强推知传感光栅波长的变化系拟合度达由数据拟合的结果我们可以得知我们所用的长周期光纤光栅的透射率的波长灵敏度约为对于我们所使用的光电探测"实验结果与分析器而言光强测量的分

8、辨力为因此这种我们采用如图所示的实验系统并利用图边沿滤波的方案测量波长分辨极限可达所示的长周期光纤光栅作为边沿滤波器件由图性能优于光谱仪选择反射率更高的布拉格光栅和可知所用长周期光纤光栅的线性范围约为#更好的探测器还可以达到更高的精度因此我们使传感布拉格光栅的波长调由于本方案采用全光纤设计因此其解调速度谐范围为#左右以保证传感布拉格仅取决于光电探测器的带宽以及后端数据处理器如光栅的波长始终处于长周期光纤光栅透射谱