Acknowledgments_2010_Fiber-Bragg-Gratings-Second-Edition-
光纤Bragg光栅电流传感器的温度补偿研究
Abt c:A nvl brBaggan ( B sr t oe f e rg rt g F G)f recr n sno of ua o ae nG rsne . a i i o l g ur t e sr n grt nbsdo MM i peet ra e c i i s d
A tmp r tr o e s t n s h me i d sg e . h x e i n a r s l h w a n t e r n e o 9 e e au e c mp n ai c e s e in d T e e p rme tl e u t s o t ti h a g f0 ̄ 0℃ . e o s h t h
Re e r h o e pe a u e c m p n a i n o s a c n tm r t r o e s to f i e a g g a i u r n e s r fb r Br g r tng c r e t s n o
TA ig Q A n — n I N Jn , U N Wa gmi,WA G H , I N i i g N u J G B— a A qn
( 西北工业大学 理学 院 陕西省光信 息技术重点实验室 教育部空间应用物理与化学重点实验室 。 陕西 西 安 7 07 ) 1 02 摘 要 :在基于超磁致伸缩材料 T ¨。 y F b D 。 e 。的光纤 Bag rg 光栅 ( B 大 电流传感器 的种温度补偿 的方 案 , 决 了 F G的温度一 变交叉敏 感问题 , 高了传感 器 解 B 应 提 的精度。实验结果表明 : 0 9 ℃的温度变化范围 内, 感器 的 Bag 在 -0 该传 r 波长 差与 电流变化具 有较好 的 g
Ke o d :f e rg rt g( B ;cr n esrman t tc v f c;t p rt ecmpnao ;r— yw rs i r aggai F G) ur t no; ge s iiee et e ea r o estn e b B n e s o rt f m u i
碳纤维复合材料封装光纤Bragg光栅
从 而 带动 粘贴 于碳 纤维 复 合 材料 上 的光 纤 B ag光栅 产 生 与应 变 相关 的 B a g 长移 位 , 与信 号处 理 装 置连 接 显示 光 rg rg 波
纤 Bag rg 光栅 波 长值 。本设 计将 碳 纤维 复 合材 料所 受 应变 转换 为 对光 纤 B ag光栅 峰值 波 长 的调 制 。 用 C R r g 在 F P对 结构 体 加 固 的同时 , 能通 过 预先 埋 人 C R 还 F P的光 纤 Bag 栅对 其 进 行长 期 监 测 , rg 光 构成 了一 种集 加 固 与监 测 于一 体 的智 能
中图分 类 号 : P 1 . T 2 21 4
B IN Ga -i:ie rg rt gp c a e yc ro b r rj oc dpa t y A o j Fb r a ggai a k g db ab nf e — en re lsi T e B n f c
碳 纤维复合材料封装光纤 Ba g光栅 rg
田 高洁 , 川 李 ,由 静 张 晨 。 , (. 1昆明理 工 大 学信 息 工程 与 自动化 学院 , 南 昆 明 6 0 5 ; 云 5 0 1
2中 国水 电顾 问集 团华 东勘 测 设 计研 究 院 , 江 杭 州 3 0 1 ) . 浙 104
摘 要 : 用碳 纤 维复 合 材料 ( F P 对 光 纤 B a g 栅进 行 封装 保 护 。 利 CR ) rg 光 在外 加应 力 的 作用 下 , 碳纤 维 复合 材 料发 生形 变 ,
d vc s t ew v ln h c nb a i e d T ed s o v rstesr i f ab n f e o o i tr l n o tef e rg e ie , h a ee g a ee sl r a , h e i c n et t n o r o b rc mp s emae a t b rB a g t y n g h a c i t i i h i g aigp a a ee gh W hl e e no c me t f F t cu e mo i r gb ep e e e d d CF b r r g r t r t e k w v ln . i t i fr e n RP t sr t r, nt i yt r - mb d e RP f e a g ga— n t eh r oC o u on h i B
光纤光栅技术中英文对照外文翻译文献
中英文对照外文翻译文献(文档含英文原文和中文翻译)使用了光纤光栅技术的光学水位传感器基于光纤光栅( FBG )技术我们开发了一种光学高精度水位传感器。
该传感器可用于测量河流,湖泊和污水处理系统的水位。
传感头由一个膜片,一个特制的弹簧管和两个光纤光栅组成, 一个用于张力测量另外一个用于温度补偿。
光纤光栅贴在弹簧管上,由于水位的上升,来自光纤光栅的发射光,使中心波长改变。
通过波长检测设备检测中心波长,波长检测设备由一个调谐F-P滤波器组成。
我们实现了传感器精度为±0.1%即为±1CM,水位测量范围为10m。
几个传感头可以通过一个光纤串联在一起。
用一块波长讯问设备可以同时测量不同的水位。
1简介:河川管理员具有非常重要的责任,是维护其河设施和监测流域状况。
由于河川设施是沿着河流域分散的,管理员要定期检查这些设施。
这一工作是非常花费员工的时间和体力的。
此外, 很难对这些设施进行抽查,以确定其结构完整性,在发生自然灾害 ,如洪水冲刷,地震干扰。
从这个角度出发,日本政府沿着其河川流域建立了光纤网络。
利用这种光纤网络近日有效地研制光纤传感器和传感系统, 而适用于流域防洪设施的安全管理。
光纤传感器及其系统,有以下的优点:1.低传输损耗使光纤遥感超过几十公里。
2.实时监控是通过传感头连接在一起,测量设备直接使用光纤。
3.传感头为全光通信无源器件,不需要进行电力供应,传感器头已装入。
4.由于是不受电磁干扰的一个光学传感器, 它不遭受触电有害影响的,如发生了雷击。
水位传感是一个河川最关键的问题,无论是河流管理者和附近居住的立足点都是一个流域设施的维修以及预防自然灾害。
我们已开发出光学水位传感器利用光纤光栅(FBG),拥有的优势比上述更多。
在本文中,我们详细阐述了光纤光栅作为应变传感器, 水位传感应用的业绩,获得了实用领域。
2光纤光栅技术及传感应用 :2.1 光纤光栅的原理FBG 是一个沿着给定长度光纤的折射率的调制解调器。
光纤Bragg光栅传感监测解调系统设计
DesignofopticalfiberBragggratingsensormonitoring anddemodulationsystem
FENG Yan1,ZHANGZhen1,2,ZHANG Hua1,WANGFeiwen1,YAN Minghui1
(1.KeyLaboratoryforRobotand WeldingAutomationofJiangxiProvince,SchoolofMechatronicEngineering, Nanchang University,Nanchang310031,China;2.SchoolofQianhu,Nanchang University,Nanchang310031,China)
摘 要:采用波 分 和 空 分 混 合 复 用 技 术 和 LabVIEW,设 计 了 一 种 可 通 过 单 片 机 控 制 的 光 纤 Bragg 光 栅 (FBG)传感监测解调系统,实现了温度和应变的实时监测.实 验 研 究 表 明,在 20~100℃ 范 围 内,温 度 监 测 平 均误差0.3℃,标准差0.163℃,实验灵敏度与标定灵敏 度 之 间 的 灵 敏 度 误 差 为 0.29%;在 0~390με应 变 范 围内,应变监测平均误差2.79με,标准差2.63με,悬臂 梁 上 下 FBG 实 验 灵 敏 度 与 标 定 灵 敏 度 之 间 的 灵 敏 度 误 差 分 别 为 0.10% 、0.19% . 该 解 调 系 统 实 现 了 高 灵 活 性 、高 精 度 的 温 度 和 应 变 监 测 . 关键词:光纤 Bragg光栅;监测系统;温度监测;应变监测;LabVIEW 中 图 分 类 号 :TN253;TP212.9 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1002G4956(2019)01G0143G05
Bragg光纤光栅的光谱分析
课程设计任务书学生姓名:专业班级:电子科学与技术0901班指导教师:葛华工作单位:信息工程学院题目: Bragg光纤光栅的光谱仿真初始条件:计算机、beamprop软件(或Fullwave软件)要求完成的主要任务:1、课程设计工作量:2周2、技术要求:(1)学习beamprop软件(或Fullwave软件)。
(2)设计Bragg光纤光栅的光谱仿真(3)对Bragg光纤光栅进行beamprop软件仿真工作。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印,图纸应符合绘图规范。
时间安排:2012.6.25做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。
2012.6.25-6.28学习beamprop软件(或Fullwave软件),查阅相关资料,复习所设计内容的基本理论知识。
2012.6.29-7.5对Bragg光纤光栅的光谱仿真进行设计仿真工作,完成课设报告的撰写。
2012.7.6提交课程设计报告,进行答辩。
指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日目录摘要 (I)Abstract (II)绪论 (III)1光纤光栅 (1)1.1光纤光栅的简介 (1)1.2 Bragg光纤光栅定义 (1)1.3光纤光栅的分类 (2)1.4 光栅的分光性能 (3)1.5 Bragg光纤光栅的光谱图 (3)2 Beamprop软件介绍 (4)3光谱仿真 (5)3.1 Bragg光纤光栅的画法 (5)3.2 Bragg光纤光栅的折射率分布 (7)3.3 Bragg光纤光栅的光谱仿真 (8)3.4 光栅光谱的分析 (9)4 心得体会 (10)参考文献 (11)摘要光栅光纤是一种新型的光学器件,现在已在光纤通信和传感等方面有着很重要的应用,并且随着全光通信网络和光纤传感技术的发展,将会发挥越来越重要的作用。
它的研究和应用已经成为当前热点技术课题。
Bragg光纤光栅光谱特性分析与研究也是研究人员重点关注的课题。
光纤Bragg光栅应变传感中的温度补偿技术
3本项目为河北省自然科学基金资助项目(E200400417)光纤B ragg 光栅应变传感中的温度补偿技术3张戌社 宁辰校(河北科技大学机械电子工程学院,石家庄050054)摘 要 本文对光纤光栅传感中的应变和温度交叉敏感问题进行了讨论,在此基础上提出了采用参考光栅实现光纤光栅应变传感时的温度补偿的基本原理和方法,并通过实验进行了验证。
理论和实验均证明,本文提出的参考光栅温度补偿法原理简单,而且补偿效果好。
关键词 光纤FB G 光栅;温度和应变传感;交叉敏感0 引言光纤布拉格光栅FB G (Fiber Bragg Grating )传感器,比传统的通过光纤本身形变传感的光纤传感器的传感精度有了很大的提高,具有许多其它传感元件无法比拟的优点[1,2]。
但是,由于光纤光栅对温度与应变同时敏感,使得通过测量光纤光栅耦合波长移动无法对温度与应变加以区分,这种交叉敏感效应严重影响着光纤光栅在传感领域的应用。
近年来,国内外学者提出了很多解决温度和应力交叉敏感的方案,并取得了一定的成果[3,4]。
本文采用一种简单易行、成本低廉的温度补偿方法,即利用参考光纤光栅对传感光栅进行补偿,使光纤光栅应变传感达到实用化要求。
1 温度补偿原理由耦合模理论可知,当宽带光在光纤布拉格光栅中传输时,将产生模式耦合,满足布喇格条件式(1)的一个窄带光谱将被反射回来[1-3]λb =2n ef f Λ(1)式中,n ef f 为导模的有效折射率;Λ为光机周期。
由光纤光栅传感原理可知,FB G 波长受温度和应变的双重影响,当FB G 传感器受应变或温度发生改变时,光栅中心反射波长都会产生相应的移动。
当作用Bragg 光栅上的温度、应变同时改变时,将式(1)展开并忽略高次项可得Δλb =(1-P )ε+(α+ξ)ΔT (2)此时,单个光栅无法确定波长的移动由什么参量的改变引起,更无法确定参量的改变量大小。
这就是温度与应变的交叉敏感问题,它直接关系到测试结果的准确性。
Bragg光纤光栅传感器内不均匀应力分布的模拟和重构_陈哲敏
( 2)
式中 p e 为有效弹光系数. 在光纤光栅上加载应力将 导致光纤光栅的啁啾变化, 由式 ( 1) 和式( 2 ) 可知 , 对 应的啁啾变化函数为: ( 1 - p e)E ( z) - 2P( 1 - p e ) E (z ) U ( z ) = - 2P z= +0 [ 1 + ( 1 - p e ) E (z ) ] +( z ) ( 3) 通过计算光纤光栅上的周期变化可以获得在光纤光 栅上的应力变化. 通过分段法将光纤光栅分段后 , 每 段的周期为 +m ( 1 [ m [ M) , 对应的加载应力被离 散化为 E m , 如图 1 所示.
关键词: 光学传感; 光纤光栅; 不均匀应力; 模拟; 重构 中图分类号 : TP212. 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 1699( 2006) 06 -2399 -06 单个光纤光栅上的应力分布, 特别是当在光纤光栅 上应力梯度比较大的情况下, 反射谱发生了明显的 啁啾变化, 这种简单的线性对应关系就不再起作用 了 . 此时需要对光纤光栅的反射谱进行更深入的分 析 , 实现应力分布的重构. 通过重构可以获得光纤光 栅上的应力分布, 这对结构断裂等应力不均匀情况 下的应力分布精确测量有重要意义. 应力分布不均匀的光纤光栅反射谱和均匀应力
*
Abstract: T he paper describes t he ref lect ed spect ra simulation and st rain pro file r econst ruct ion o f t he fiber Brag g g rat ing ( FBG) w it h an arbit rary nonunifo rm applied st rain. T he ref lect ed spect rum is w ell simulat ed w it h propagat io n matr ix and it s modified m atrix . T w o m et hods based on layer peeling are present ed t o re const ruct t he arbitrary str ain prof ile. Since t he t ime domain pulse response of F BG is str ict ly det ermined by corresponding FBG st ruct ure, t he str ain applied on t he fr ont of t he FBG can be r econst ruct ed w it h know n ref lect ion spect ra, and t he st rain pr ofile is reconstr ucted w it h lay er peeling. T w o met ho ds r econ st ruct t he st rain using t he F BG t im e do main pulse response charact er of par tly t runcat io n and phases, re spect ively. T he st rain pr ofile reco nstr uctio n can be applied on the measuring and analyzing the no nunif orm st rain pro file o f fine co nstr uct and st ress co ncent ration point s. Key words: opt ic measurement ; fiber g rat ing; no nunif orm st rain prof ile; sim ulat ion; reconst ruct io EN J un, SH U Rui-j un
简易光纤Bragg光栅测重传感器的制作
Fa b r i c a t i o n o f a S i mp l e We i g h i n g S e n s o r
Ba s e d o n Fi be r Br a g g Gr a t i n g
L I Y e f a n g ,Y U Q i n g x u ,Z H O U X i n l e i ,X U J i a b o
me a s u r e d o b j e c t c a n b e p l a c e d o n t h e u p p e r t a b l e — b o a r d o f t h e t r a p e z o i d ,a n d t h e F B G w a s a d h e r e d o n t h e mi d d l e o f t h e l o w e r t a b l e -
( S c h o o l o f P h y s i c s a n d O p t o e l e c t r o n i c T e c h n o l o g y ,D a l i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o y ,D g a l i a n 1 1 6 0 2 4 ,C h i n a)
光纤 B r a g g光 栅 ( F B G) 是 一 种 优 良 的 传 感 元 件。 自 1 9 7 8年 问世 以来 ,国 内外 围绕 F B G传 感 器 的研 究 已成 为热 点 。在这 些研 究 中 ,大多都 集 中在 位 移测量 方 面 ,相 对 测 量 重 力 的 F B G 传感 器 研 究 较少 。 通常 F B G位移 传 感 器 都 是 基 于悬 臂 梁 原 理 实 现 的 。它将 F B G粘贴 在 悬臂 梁靠 近 固定 端 的表 面 ,
光纤Bragg光栅传感原理及增敏技术
文献编号 : 0613 (060—08 5 10-2120)30 1- 0
P icpea dT c nq e o mpo ig S n ivt f r il n e h iu sfrI rvn e s ii o n t y
F b rBr g a ig ie a g Gr tn
移量 ,当 环境 因素 发生变 化 时,光 纤光栅 的反 射波
作用,其折射率的分布按空间变化 从而可以直接
传感 温度 和应 力,实 现温 度和 压力 的间接 测量 。它
长发生漂移, 通过检测波长漂移量就可以获得被测
的温 度、应 力等物 理 量
除了具有普通光纤传感器质量轻 、 耐腐蚀、抗电磁
r s a c d. e e r he
Ke r s f r Br g r tng; rncpl fs n i g;t c i ue fs nstviy e a i g a d c a i y wo d : i be a g g a i p i i e o e sn e hn q so e ii t nh ncn n o tng
收稿 日期 0 5 1 9 20 00 修改 日期: 0 5 1 1 2 0 2 0
基金项目: 国家 “ 6 8 3”高技术研究发展计划资助项目 (02AA 1 10; 2 0 33 5 )国家自然科学基金资助项目 (0 708; 6 172 )陕西省科技攻关项目 (0 3 5G 3; 20 K0一 2 )陕西省教育厅科学技术项目(2K18 0J 5)
维普资讯
光 电 子 技 术 与 信 息 O te crncT c n lg po l to i eh oo y& Ifr t n 20 y 1 () e nomai 0 6Ma ; 93 o
光纤Bragg光栅加速度传感器研究进展
1,h tafw e s r h ud b mp o e . y u e s n o ss o l ei r v d
Ke o d f e a gg aig,a c lrt n,sn o yW r s i rBrg rt b n c eeai o e sr
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。
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另 一端 放有 质量块 , 光纤 光栅 两端 点 粘贴 在 悬 把
臂 梁 的 固定 端 附 光纤 B a g光栅 受 此 rg
图2 B F G加速度 力发 生 变化 , 而光 纤 B a g 从 rg 传感器力学模型 光 栅 的 长 度 发 生 变 化 , 光 即
△ B一 2 e ・△A nf f
动, 在惯 性力 的作 用 下 悬 臂 梁 产生 收缩 和伸 长 , 带
动 光纤光 栅 产生应 变从 而 引起 B a g波 长 的变化 , rg 通 过探测 B a g波 长 的变 化 来 实 现 振 动 加速 度 的 rg
测量。
纤 lB Fg 加速
匀 。在测 量 物体 振 动 时 , 机 座 固 定 在振 动源 上 , 把
振 动源 于机 座 同时 振 动 , 而 引 起 质 量 块 m 的振 从
栅 的周 期 以发生 变化 , 据牛 顿第 二定 律 以及光 纤 依
B a g光 栅传 感 原 理 可 推 导 出 如 下 光 纤 B a g光 rg rg 栅 的 固定端 与质 量块 之 间 的光栅 的周 期 变化 量 与相应 的加速度 变 化关 系 为
Ab ta t Elb r t h ai r cpeo ie a gg aig b sda c lrto e s r s rc a o aeteb scp i il ff rBrg r t - ae c eea ins n o .Th o si a ditr ain l n b n ed me t n nen t a c o
FIBER BRAGG GRATING SENSOR
专利名称:FIBER BRAGG GRATING SENSOR 发明人:KERSEY, ALAN, D.申请号:US0042273申请日:20001128公开号:WO0138827A3公开日:20020214专利内容由知识产权出版社提供摘要:A fiber Bragg grating sensor system for sensing a parameter, including temperature or strain comprises a structured sensor fiber Bragg grating in combination with a broadband light source, coupleer, readout grating mixing and spectral analysis system. The structured sensor fiber Bragg grating combination responds to an optical signal, and further responds to a sensed parameter, for providing a structured sensor fiber Bragg grating signal containing information about the sensed parameter. The broadband light source, coupler, readout grating mixing and spectral analysis system provides the optical signal, and responds to the structured sensor fiber Bragg grating signal, mixes the structured sensor fiber Bragg grating with a reference grating spectrum, for providing a broadband source, coupler, readout grating mixing and spectral analysis system signal containing information about a mixed and spectrally analyzed structured sensor fiber Bragg grating signal that is used to determine the sensed parameter.申请人:CIDRA CORPORATION更多信息请下载全文后查看。
FIBER-INTEGRATED MICROLENSES AND OPTICAL FIBER BRA
专利名称:FIBER-INTEGRATED MICROLENSES ANDOPTICAL FIBER BRAGG GRATING COUPLER,AND SPECTROMETER AND MULTIPLEXERASSEMBLED WITH THE SAME发明人:KOOPS, HANS, W., P.,MELTZ, GERALD申请号:EP98928090.4申请日:19980326公开号:EP0970395A1公开日:20000112专利内容由知识产权出版社提供摘要:A microlens 30 is formed on the outer surface of an optical fiber 20 having an in-fiber Bragg grating 24 (FBG) formed in the core 21, 36 thereof, to focus light diffracted by the FBG onto other fibers or optical devices, or to focus light received at the fiber onto the FBG. Various single- and multi-microlens configurations of one or more fibers perform a variety of functions such as signal coupling, multiplexing, signal splitting, spectrography, tapped delay, timed-delay phase adjusting, circulating storage, and so forth. The microlenses may employ angle-increasing prisms and may comprise Fresnel lenses.申请人:DEUTSCHE TELEKOM AG,OFT ASSOCIATES地址:Friedrich-Ebert-Allee 140 53113 Bonn DE,77 Daventry Hill Road Avon, CT 06001 US国籍:DE,US代理机构:Gornott, Dietmar, Dipl.-Ing.更多信息请下载全文后查看。
《2024年面向GPON的光纤光栅传感数据采集系统及帧结构研究》范文
《面向GPON的光纤光栅传感数据采集系统及帧结构研究》篇一一、引言随着信息技术的快速发展,光纤通信技术在多个领域中得到了广泛应用。
GPON(Gigabit-capable Passive Optical Network)技术以其高带宽、高效率的传输能力,成为光通信领域的主流技术之一。
光纤光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)传感器因其具有高灵敏度、抗干扰能力强等优点,在各种工程结构监测、环境监测和工业控制等领域具有广泛的应用前景。
因此,面向GPON的光纤光栅传感数据采集系统的研究,对于提高数据传输效率、保证数据准确性具有重要意义。
本文将重点研究面向GPON的光纤光栅传感数据采集系统及其帧结构,以期为相关领域的研究和应用提供参考。
二、光纤光栅传感技术概述光纤光栅传感器是一种基于光纤光栅技术的传感器,其工作原理是利用光纤光栅的反射和透射特性,实现对物理量的测量。
光纤光栅传感器具有高灵敏度、抗干扰能力强、测量范围广等优点,可广泛应用于结构健康监测、环境监测、工业控制等领域。
三、面向GPON的光纤光栅传感数据采集系统针对光纤光栅传感器的数据采集,本文设计了一种面向GPON的光纤光栅传感数据采集系统。
该系统主要由光纤光栅传感器、数据采集模块、GPON传输模块和上位机软件四部分组成。
其中,光纤光栅传感器负责感知物理量并将其转换为光信号;数据采集模块负责将光信号转换为电信号并进行初步处理;GPON 传输模块负责将处理后的数据通过GPON网络传输至上位机软件;上位机软件负责对接收到的数据进行处理、存储和显示。
四、GPON传输技术及帧结构研究GPON技术以其高带宽、高效率的传输能力,在光纤通信领域得到了广泛应用。
为了确保光纤光栅传感数据的准确传输,本文对GPON的传输技术和帧结构进行了深入研究。
GPON的传输技术主要采用TDM(时分复用)和WDM(波分复用)技术,通过将多个信号在时间或波长上进行复用,实现高带宽的传输。
光纤bragg光栅fbg设计
光纤Bragg光栅(FBG)设计毕业论文(设计)原创性声明本人所呈交的毕业论文(设计)是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
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保密的论文(设计)在解密后适用本规定。
作者签名:指导教师签名:日期:日期:注意事项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要(300字左右)、关键词4)外文摘要、关键词5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致谢9)附录(对论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印4)图表应绘制于无格子的页面上5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档5.装订顺序1)设计(论文)2)附件:按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订3)其它目录一、光栅定义和发展历程 (2)1.1、光栅的定义 (2)1.2、光纤Bragg光栅的发现与发展 (2)二、光纤Bragg光栅特点及工作原理 (3)2.1 光纤Bragg光栅的特点 (3)2.2 光纤Bragg光栅的工作原理 (4)三、光纤Bragg光栅的制作方法 (4)3.1 光敏光纤的制备 (4)四、光纤Bragg光栅在光纤激光器里的应用 (5)4.1 光纤激光器简介 (5)4.2 在光纤激光器里的工作原理 (6)4.3 光纤Bragg光栅的设计要求 (7)4.3.1 设计的基本参数要求 (8)4.3.2 设计的基本步骤 (9)五、设计结论及应用前景 (15)5.1 结论及计算结果 (15)5.2 应用前景 (16)参考文献 (17)附程序 (18)一、光栅定义和发展历程1.1、光栅的定义自从19世纪末Henry Rowland发明衍射光栅刻划机和凹面光栅分光装置以来,光栅分光仪器就已成为光谱分析领域的主角。
Bragg光栅传感器
16
总结与展望
fff形Bragg光纤光栅是近年来研究的一种新型的技术, 由于结构的非圆对称性,纤芯离包层一侧较普通光栅近, 于是外界与光栅的作用更强,使得fff形Bragg光纤光栅具 有一些独特的性质,如对外部折射率敏感特性,对弯曲的 敏感特性等。因此,fff形Bragg光纤光栅为传感领域的应 用提出了新思路,但由于它与常规单模光纤熔接困难,耦 合损耗较大,而且设备昂贵,制造困难,一定程度上限制 了它的应用范围和发展。
图7 Bragg波长相对漂移量与温度的关系曲线 Tyson L.Lowfffer et
12
fff形Bragg光纤光栅传感器
弯曲及相关传感测量
弯曲敏感—本征特性;不需要任何的附加结构或者封装,传感头尺寸 小,非常适合应用在智能材料中。
图 光 栅 波 长 漂 移 与 温 度 、 曲 率 关 系 曲 线 8
Bragg波长相对漂移量为:
S B 1 kz K ' B
9
fff形Bragg光纤光栅
• fff形Bragg光纤光栅特性
– 弯曲敏感特性
图4 Bragg波长相对漂移量与曲率的关系曲线
10
fff形Bragg光纤光栅传感器
气体、液体浓度传感器
对外界折射率的敏感特性,可直接作为气体、液体等浓度的传感元件。
Institute of Lightwave Technology Xiamen University
Bragg光栅传感器
1
目录
引言 光纤 Bragg光纤光栅 Bragg光纤光栅传感器 总结与展望
2
引言
光纤光栅技术发展概况
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ห้องสมุดไป่ตู้ 光纤
• 横截面像英文大写字母fff的光纤 • 制作方法 –直接研磨常规单模光纤; –研磨常规单模光纤预制棒再拉丝。
Bragg光纤光栅编_解码器_张志朋
2002年9月深圳大学学报(理工版)Sep12002第19卷,第3期J OURNAL OF SHENZHEN UNIVERSITY(SCIE NCE&E NGINEERING)Vol119,No13文章编号:1000-2618(2002)03-0019-05Bragg光纤光栅编P解码器张志朋,杨淑雯(深圳大学新技术研究中心,深圳518060)摘要:介绍光纤光栅的光学特性,以及基于Bragg光纤光栅编P解码器的编P解码原理,对不同FBG编P解码器的结构和特点进行了分析比较,探讨了光编P解码器的发展前景.关键词:光码分多址;B ragg光纤光栅(FBG);编P解码器中图分类号:TN762文献标识码:A在光通信领域,如何充分发挥光纤的巨大带宽,允许随机多址接入,实现全光通信网,越来越受到人们的重视.光码分多址(OCDMA)技术是实现全光高速宽带网的一项重要技术,光编P解码器是实现OCDMA通信的关键部件.有关OCD MA编P解码器已有一些实现方案的报道,如光纤延迟线编P解码器[1],它是由几束并行光纤和两个1@P星型耦合器构成,根据所设计的光正交码取定各光纤延迟线的长度,其延迟线分支数目等于地址码的码片数目,这是一种扩时编P解码方法.在接收端解码器结构与编码器结构一样,它完成接收信号与解码器包含的标志序列的相关运算,通过阈值判断进行识别,获取所需数据.这种方法通过改变硬件实现地址码的改变,给变址和系统升级带来困难.对地址码字容量、可调范围的研究正不断改进.利用光栅-掩模板来实现频域的编P解码技术[2]具有地址可调谐的优点,通过计算机编程控制空间滤波器的地址码序列,达到实时传输.但实际上,由于光谱分辨率的限制,光栅-掩模板方法在输入脉冲为亚p秒量级时性能最好,因此,基于光栅-掩模板OCDMA装置需要使用非线性手段检测以及对相关信号进行阈值限定.而且由于超宽带光谱产生严重的传输损耗,导致装置的灵敏度降低,且传输范围有限.另外,较大的自由空间大体积透镜的应用与通信工业中紧凑的封装要求不相容.因此,目前趋向于利用光纤光栅来实现全光纤化、易集成的光编P解码器.1光纤光栅概述光纤光栅是一种利用光纤材料的光敏性制成的纤芯折射率呈周期变化(或非周期变化)的光波导.所谓光纤的光敏性是指激光通过掺杂光纤时,光纤的折射率随光强的空间分布发生相应变化,变化的大小与光强成线性关系.这种线性变化可被永久地保持下来,其实质是在光纤纤芯内形成一个窄带地(透射或反射)滤波器或反射镜.利用光纤光栅可制成光纤激收稿日期:2002-04-28基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(60132040);国家自然科学基金资助项目(69982006)作者简介:张志朋(1976-),男(汉族),安徽省淮北市人,深圳大学在读硕士研究生.E-mail:s zupeng@1631com光器、光纤色散补偿器、光插P分复用器、光纤放大器的增益均衡器、光纤光栅编P解码器等性能独特的光纤器件.由于光纤光栅的折射率呈周期变化,其纵向折射率的变化将引起不同的光波模式之间的耦合,光纤及其不同传播常数有如下关系式[3]:B1-B2=2P P+(1)其中,+是光栅周期,B1和B2分别为模式1和模式2的传播常数.+<1L m或+>1L m,前者称为短周期光栅,也叫Bragg光栅,其基本特性表现为一个以共振波长为中心的窄带光学滤波器,该共振波长称为Bragg波长(K B),可表示为K B=2n eff#+(2)其中,n eff为光纤基模在B ragg波长上的有效折射率.2Bragg光纤光栅编P解码器的原理根据麦克斯韦方程组直接推导出的耦合模理论,光纤光栅折射率的变化可反映在有效折射率n eff的基础上增加了一个微扰,简记为[4]:D neff (z)=D neff{1+v cos[2P+z+U(z)]}(3)其中,D neff为有效折射率扰动的平均值;v为折射率调制度;U(z)代表光栅的啁啾.设L为光栅长度,则反射谱的带宽$K可表示为[4]:$K=K2B P(n eff L)@1+(v D neffL P K B)2.(4)光栅的最大反射率C M可表示为[4]:C,=tan h2(P KB v D neffL)(5)单个Bra gg光纤光栅(FBG)具有选频作用,能按设计的发射率反射特定波长的光信号,并且可以对光信号的相位产生影响[4],那么,在空间上按一定关系排列的FB G序列就能实现对输入光信号多个频谱成分的提取,而FB G所处的不同位置将实现对输入信号时域的编码;反之,被编码信号的解码过程也可以通过FB G加以实现.解码器和编码器中包含相同波长的FBG,但排列次序正好相反.文献[5]给出解码器与相应编码器的传输函数的复共轭成线性关系,解码器能够对相应编码器的输出信号进行信号重构,实现解码功能.3利用FBG的编P解码器311光纤光栅-环形器编P解码器技术全光纤光编P解码方法是基于利用B ragg光纤光栅瞬态色散和重组思想设计的[6],其基本的设计思路源于光栅-掩模板的设计原理.图1为一个全光纤结构的频谱相位编码示意图.该光编P解码器包括一对顺序排列的步进啁啾FBG.步进啁啾光栅包括空间相邻的子光栅,每个子光栅对应的空间周期为常数,但相邻的子光栅之间的空间周期是逐级递增的.当一个脉冲信号入射到第一个啁啾光栅时,频20深圳大学学报(理工版)第19卷谱在时域色散,反射脉冲瞬态扩展.当这个扩展的脉冲从第二个具有与第一个光栅相反的色散梯度的FB G 反射后,频谱成分重新分布,脉冲重新组合成初始脉冲形状.然而,如果第二个光栅沿长度方向加入相移成分,则反射信号携带相移信息成分输出.同样,通过改变特定波长子光栅的反射率可进行频谱幅度编码.图1 基于步进啁啾FBG 对的全光纤结构光谱编码示意图Fig 11 Schematic diagram of spectral encoder al-l fibre constructionbased on pair of step -chirped Bragg gratings为了确保每个子光栅控制其中一个独立谱带的后向衍射,也就是子光栅中心反射谱带宽必须等于级间Bra gg 波长差,整个光栅长度必须满足:L =(N 2K 20)P (2n eff $K )(6)其中,N 为子光栅数;K 0为真空中的光载波波长;$K 为输入光波带宽,光纤光栅中相邻光栅的Bragg 波长差D K 应满足:D K U $K P N (7)每一个子光栅对应一个Bragg 波长,N 个子光栅产生的地址序列长为N ,该OCDMA 系统能同时容纳的用户数为N .可通过增大光栅长度来提高同时用户数.虽然光纤光栅-环形器结构具有结构紧凑、易与其他光通信设备兼容的优点,但相对传统的光栅-掩模板方法,光纤光栅-环形器结构不具有地址码实时可调的特点,实用性不强.312 多Bragg 光纤光栅二维编P 解码器多布拉格光纤光栅(FBGs)是在一根光纤中刻上多个波长的光栅,多布拉格光纤光栅是理想的编P 解码器方案,可以实现全光域的编P 解码.利用文献[7]中构造的素数码P 光正交码地址码,用光正交码(L ,w ,1)作频率跳频模式,素数码作时间扩频模式,构造一种新的频率P 时间混合码,该码具有良好的自相关、互相关特性及较大的码容量.对于素数码(p 2,p ,p -1,2)和正交码(L ,w ,1),当p =w =5,L =41时,构造的二维混合码容量为410,自相关最大值为5,自相关旁瓣值为0,互相关值小于等于1(1或0).其性能远远优于普通的光正交码和素数码.该混合码的编P 解码器可以通过连续可调的多布拉格光纤光栅来实现,结构较简单、容易变址和集成.图2是利用多布拉格光纤光栅的时P 频域二维光正交码编P 解码原理,用不同的波长调制不同延时的光脉冲,每一个码的码重由一根光纤上可光刻的光栅数决定.光栅1、2、3、4分别是波长为K 1、K 2、K 3、K 4的光反射,光栅的中心反射波长可由压电陶瓷致动器(PZT)调节光栅周期而改变,实现波长编码,而光栅的位置起到了光纤延迟线的功能,即实现了时域的编码.解码器与编码器具有相同的结构,只是它们的光入射方向相反,这样使得经过编码第3期张志朋,杨淑雯:Bragg 光纤光栅编P 解码器21图2时P频域二维光正交码FBGs编P解码原理图Fig12Schematic diagram of encoder P decoder based on FBGs for tempora-l spectral coding 器后在时间上分开的光脉冲在经过解码器后在时间上重新叠加在一起.该编P解码器的插入损耗小,结构精细小巧.另外,还有很多种OCDMA光编P解码器的报道,比如利用介质膜、分支光波导、阵列波导光栅[2]等,其中阵列波导光栅(AWG)是一种平面光波回路的无源器件,其结构是将一个阵列波导光栅与输入输出波导阵列、聚集平板波导集成在同一块衬底上.构成阵列波导光栅的是许多长度按线性递增(即各路光波的相位差恒定)的光臂.将AW G的输入、输出波导按特定的方式连接,再附以端面反射,就可完成OCDMA的编P解码任务.虽然A WG在串扰和温度特性等方面不如波膜滤波器而被一些业界公司所放弃,但是它采用在硅晶元上沉积SiO2,再用光学照影法和离子蚀刻法定以波导的工艺,使其具有成本低、易集成的特点,这代表了未来光器件的趋势.随着光电混合集成工艺的发展,作为一种光滤波器件,A WG必将可以同其他诸如开关器件或有源器件一起完成更加复杂的信号处理功能.该类光编P解码器地址码可调,结构紧凑,易集成,只是制作过程比较麻烦.有关光栅编P解码的研究工作有待进一步的深入.结语光纤光栅的一系列优点,使之成为光纤通信系统重要的无源器件.目前市场上的光纤光栅器件的性能和应用都受到一定的限制,原因主要是高性能光纤光栅,特别是精密B ragg波长和啁啾光栅的制备技术尚需完善,新型的写入技术有待研究开发,高可靠和长期稳定的光纤光栅还是正在进行的研究项目,另外,温控、电控的光纤光栅也在研究当中,这对器件的灵活性有很大的好处.光编P解码器是实现OCDMA的关键技术.要构建OCDMA系统,应致力于基于光纤光栅的全光纤化、高集成、高效可靠的光编P解码器的研究,其中利用FBGs和AWG是今后发展的主流,但是有很多技术问题尚待解决.参考文献:[1]Jackson K P,Newton S A,Moslehi B,et al.光纤延迟线信号处理[J].IEEE微波理论技术学报,1985,33(3):193-210.(英文版).[2]方晓惠,杨淑雯.光码分多址频域编P解码技术[J].光通信研究,2001,(2):35-38.[3]黄章勇.光纤光栅及其在光纤通信中的应用[J].飞通光电子技术,2001,1(4):181-189.[4]Erdogan T.光纤光栅光谱[J].光波技术,1997,15(8):1277-1297.(英文版).22深圳大学学报(理工版)第19卷第3期张志朋,杨淑雯:Bragg光纤光栅编P解码器23[5]丁美铃,章献民,陈抗生.光纤CD MA系统中FBG-编解码器的原理与应用[J].光电子#激光,2001,12(6):616-619.[6]Grunne-t Jepsen A,Johnson A E.光纤CDMA系统中基于布拉格光纤光栅的频域编解码器[J].电子学报,1999,35(13):1096-1097.(英文版).[7]万生鹏,胡渝.频域跳频P时间扩频混合光CDMA编码及其编P解码器结构[J].电子学报,2001,29(7):954-957.Discussion on Fiber-Bragg-Grating-BasedEncoder P DecoderZHANG Zhi-peng and YANG Shu-wenAdvanced Technology Research CenterShenzhen UniversityShenzhen518060P.R.ChinaAbstract:The optical characteristics of Fiber Grating are summarized.The principle of Fiber-Bragg-Grating-Based Encoder P Decoder is introduced.Some kinds of Fiber-Bragg-Grating-Based Encoder P Decod-er are discussed and compared.Development prospects for OC DMA Encoder P Decoder are given.Key words:OCD MA;Fiber Bra gg Grating;Encoder P DecoderReferences:[1]Jackson K P,Newton S A,Moslehi B,et al.Optical fi ber delay-line signal processing[J].IEEE Trans M icrowareTheory T echnology,1985,33(3):193-210.[2]FANG Xiao-hui,YANG Shu-wen.The technology of spectral encoder P decoder for lightwave CDMA[J].Study on Op-tical Communicati ons,2001,(2):35-38.(in Chinese).[3]HUANG Zhang-yong.Fiber grating and its applications in optical fiber communications[J].PHOTO photoelectrontechnology,2001,1(4):181-189.(in Chinese).[4]Erdogan T.Fiber grating spectra[J].Lightwave Technology,1997,15(8):1277-1297.[5]DING Me-i ling,Z HANG Xian-min,C HE N Kang-sheng.The principle and application of FBG encoder P decoder forli ghtwave CDMA[J].Journal of Optoelectronics#Laser,2001,12(6):616-619.(in Chi nese).[6]Grunne-t Jepsen A,Johnson A E.Fibre-Bragg-grating-based spectral encoder P decoder for lightwave CDMA[J].Elec-tronics Letters,1999,35(13):1096-1097.[7]WAN Shen-peng,HU Yu.Hybrid optical CDMA codi ng of frequency hopping P time spreading and the structure of i tscoder and decoder[J].Acta Electronica Sinica,2001,29(7):954-957.(in Chinese).=责任编辑:坪梓>。
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Acknowledgments
Writing a book is like planting a tree.One sees it grow and develop branches and roots,leading to connections that permeate throughout the world,with the hundreds of researchers providing the nourishment.At the end,the tree should flourish to shade the ones who nourished it,and those yet to come.Therefore, I am grateful to the scientific community at large for providing the data for this book,now in its much-expanded form.The writing of the second edition poses some problems,as the written data are often still valid and the new must be integrated into the old.The choice has been a difficult one,as the field is now very large,and it is often based on the examples that provide the information required.The book is not therefore intended to be a bibliography of all the research and applications that have been published in the area of laser-induced fiber gratings,for there are too many.Instead,we focus on the technology with the goals of guiding the reader on how to fabricate,use,and implement systems with fiber gratings and shedding light on recent advances in the field.
I am deeply grateful to Walter Margulis for the major contribution he made by writing the chapter on glass poling.Choosing the right person to prepare that chapter was a difficult decision to make until I took the step of asking him,and since,it was to be the best decision I could have made.His dedication and lightening response is evident in the extremely thorough chapter he has written.Without his help,the book would still be somewhere in cyberspace.
I am grateful,too,to my students and researchers,in particular Runnan Liu, Irina Kostko,Mathieu Gagne´,Jerome Poulin,Francis Guay,Julie Baron,A¨issa Harhira,and the numerous others who spent time in my labs for their research in the several areas of FBGs.Included among these are Jessica Chauve,Cedric Pruche,Lucien Bojor,and John Machlecler.Galina Nemova’s contribution on surface plasmons is most appreciated.
I am indebted to Jacques Albert,Re´al Valle´e,Sidarath Ramachandran,Ian Bennion,and numerous others who have all generously contributed material included in the new edition.James Brennan and Bertrand Poumellec are grate-fully acknowledged for their painstaking review of sections of the first edition and their constructive comments,which I have tried to incorporate in this edi-tion.Fiber Bragg Gratings may not have made such progress without the help of Dr.Ju¨rgen Bartschke,who was instrumental in bringing to life the first CW intra-cavity244nm laser source in my lab at BT Laboratories in1989.
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xviii Acknowledgments His recent visit from Xiton Photonics has renewed an old friendship and per-haps new innovations in gratings.I hope that the theft of his passport did not spoil an otherwise good visit to Montre´al!
Finally,I would like to thank Hannah and Monika,whose patience was not only tested to the limits of exasperation,but whose caring and infinite capacity to see the light at the end of the tunnel kept me on the straight and narrow.
Raman Kashyap
Montre´al
August2009。