基于线阵InGaAs光电二极管阵列的光纤光栅传感解调
InGaAs(P)InP近红外单光子探测器暗计数特性研究.doc
InGaAs(P)/InP近红外单光子探测器暗计数特性研究基于InGaAs(P)/InP 雪崩光电二极管(Single Photon Avalanche Diodes,SPADs)的近红外单光子探测器具有功耗低、不需超低温制冷、可靠性高、使用简单、易集成、近红外探测效率高等优点,在光通讯波段(1310 nm、1550 nm)量子密钥分发(QKD)、激光测距(1064nm、1550nm)等前沿领域有着迫切的应用需求,但其暗计数特性对应用有诸多限制。
InGaAs(P)/InPSPAD基近红外单光子探测器主要包括InGaAs(P)/InP SPAD及其驱动电路,二者的性能均可影响探测器性能。
本论文主要针对InGaAs(P)/InP SPAD基近红外单光子探测器的暗计数特性及其影响因素、InGaAs(P)/InPSPAD暗电流特性及其影响因素进行深入研究,探索二者关联特性,为SPAD器件及单光子探测器的性能优化提供指导。
搭建SPAD 器件变温测试平台对SPAD暗电流特性进行了研究;搭建激光束诱导电流(LBIC)测试系统对SPAD器件的响应均匀性及其边缘击穿特性进行了研究;研制SPAD器件单光子探测性能测试装置对不同SPAD器件对应单光子探测器的暗计数特性进行了研究。
对SPAD器件暗电流特性及其对应单光子探测器的暗计数关联性进行探索,研究发现SPAD雪崩击穿偏压处的暗电流斜率与相应单光子探测器的暗计数相关,斜率较小时相应的暗计数较小;暗电流与暗计数存在抖动情况,此抖动均与温度呈负相关,与过偏压无关。
目前对暗计数特性的研究主要集中于影响机制,并未发现对上述结果的报导。
基于光纤光栅传感的输电杆塔在线监测系统研究
基于光纤光栅传感的输电杆塔在线监测系统研究目录1. 内容概览 (3)1.1 研究背景 (4)1.2 研究意义 (5)1.3 国内外研究现状 (6)2. 光纤光栅传感器技术简介 (7)2.1 光纤光栅传感器工作原理 (9)2.2 光纤光栅传感器的优势 (10)2.3 光纤光栅传感器应用案例 (11)3. 输电杆塔结构与健康状况 (12)3.1 输电杆塔结构 (13)3.2 输电杆塔健康状况监测 (15)3.3 杆塔常见问题及风险 (17)4. 光纤光栅传感在输电杆塔监测中的应用 (18)4.1 光纤光栅传感器安装方法 (19)4.2 光纤光栅传感器数据采集方法 (21)4.3 光纤光栅传感器信号处理方法 (22)5. 在线监测系统设计 (23)5.1 系统总体架构设计 (24)5.2 硬件系统设计 (26)5.3 软件系统设计 (28)5.4 系统稳定性与可靠性分析 (28)6. 监测系统性能评估 (30)6.1 监测精度的评估 (31)6.2 监测范围与分辨率的评估 (33)6.3 系统响应速度评估 (34)6.4 系统耐久性与抗环境干扰能力评估 (35)7. 实景区域研究 (36)7.1 监测区域选择与环境因素分析 (37)7.2 现场安装与调试过程 (38)7.3 监测数据收集与分析 (40)8. 系统优化与案例研究 (41)8.1 系统性能优化方法 (42)8.2 典型案例分析 (43)8.3 研究成果总结 (45)9. 结论与展望 (46)9.1 研究成果总结 (47)9.2 存在问题与不足 (48)9.3 未来研究方向 (49)1. 内容概览本研究旨在探讨基于光纤光栅（Fiber Bragg Grating, FBGs）的先进传感技术在输电杆塔在线监测系统中的应用。
我们将首先介绍输电杆塔结构及其重要性，以及传统的监测方法和它们的局限性。
我们将详细讨论光纤光栅的基本原理、特性和传感能力，并分析其在桥梁、建筑和电力传输系统监测中的应用。
光电二极管在光栅解调电路中的应用
０ 引 言
很重要 。因此 ， 于 高频光信 号 的解调 ， 使光 电二 极管 工作 对 需
在有反偏 电压 的状 态下 ， 以， 所 着重讨 论加 ５ｖ偏置 电压 的情况 下光电二 极管 的特 性 。光 电二 极管 的等效 电路见 图 １ 。图 １ 中， Ｒ为内阻 ， 大约为 １０ｌ ０ Ｑ～１０∞ ， 【 ０ 温度每升 高１ Ｃ 减低 ０。其 １２ Ｃ为 电容 ， 结 电流和 二极管 偏 置 电压 的函数 ， ／； 是 随着偏 置 电压 的增加而减少 。
（ ６ａ ＦｂｒＳｎｏ ｅｈ ｏｏｙ＆ Ｅ，ｎ ｅｉｇＲ ｓａｃ ｅｔ ， ０ｐ ｃｌ ｉｅ ｅｓｒＴ ｃｎ ｌ ｇ ， ｅｒ ｅｅｒｈ Ｃ ｎｅ ￣ ｎ ｒ
Ｓｈ ｏ ｏ ｏｔ ｌ ｃ ｎｅａｄＥ ｇ ｅｒ ｇ ｈ ｎ ｏｇＵ ｉ ｒ ｔ， ｉ ａ ２０６ ， ｈｎ ） ｃｏｌ ｆ ｎｒ ｉ ｃ ｎ ｎ ｉ ｅｉ ，Ｓ ａｄ ｎ ｎｖ ｓｙ Ｊ＇ ｎ ５０ １Ｃ ｉａ Ｃ ｏＳｅ ｎ ｎ ｅｉ ｎ
常天 英 ， 贾 磊， 隋青 关 ， 东升 李
（ 山东大学控制科学 与工程 学院光 纤传 感技术工程研究 中心 ， 山东济南 ２０６ ） ５０ １
摘要 ： 对光电二极 管施加 ５Ｖ偏置 电压 的情况 下， 在 对于其接 收的不 同强度 的光信号 ， 采用不 同的负载 电阻而输 出的
电信号进行 了大量 实验 。实验表 明： 同强度 的光信号以及不 同阻值的 负载 电阻对其 输 出信号均 有影响 ， 出 了确切 的 不 给
数据和形 象的 曲线。可 以得 出结论 ： 光栅 解调 电路 中， 在 对于确定 的光路 ， 可以通过 实验找 到最佳 负载 电阻 ， 而便 于实 从
现对外界物理量的测量 。
关键 词： 电二极 管； 光 光信 号； 负载 电阻； 置电压 偏
InGaAs_InPAPD探测器光电特性检测
将偏微分方程转化为可求解的线性代数方程组。
2.2 获得倍增因子M=1的 IP0 的方法 倍增因子定义为在完全相同的注入条件下，有
雪崩增益时通过器件的电流与无雪崩增益时通过器 件的电流之比。
在实际器件中，获得的最高直流倍增因子受串
联电阻的空间电荷效应限制，这些因素可以合并成
wi为权重，达到最小。使用Q→min为标准的拟合称 为最小二乘法。使用最小二乘原理处理非线性曲线
拟合，令权重wi=1，非线性曲线拟合的数学表达为： 已知一组数据{xi，yi}，i=1,2,…, n，满足已知方程形 式f(xi, bj)，j=1,2,…,m，求解{bj}，使其满足
n
∑ Q = [ yi − f (xi ,bj )]2 → min ，即求解 ∂Q / ∂bj = 0 。 i =1
=
I0 P0
+ ∆IP0
。
3 测量
本文研究了台面型InP/InGaAs APD静态光电特
性。该APD的光敏面直径为500 µm，光照下的电流
与电压关系曲线及无光照下的暗电流与电压关系曲
线如图1所示，将有光照与无光照时候相同偏压下的
电流值相减得到的电流即为光电流。图1还显示了倍
增因子与偏压的关系，其中，实线对应由实验测量
中图分类号 TN312+.7
文献标识码 A
Measurement of the Static Optoelectronic Characteristics of InGaAs/InP Avalanche Photodiode
XIAO Xue-fang1, YANG Guo-hua1, GUI qiang1, WANG Guo-hong1, MA Xiao-yu1, CHEN Chao2, and CHEN Liang-hui1
铟镓砷光电二极管
铟镓砷光电二极管铟镓砷光电二极管（Indium gallium arsenide photodiode）是一种基于铟镓砷（InGaAs）材料的光电器件。
它具有高灵敏度、高速度和宽波长响应范围等优点，被广泛应用于通信、光谱分析、红外成像等领域。
铟镓砷光电二极管的基本原理是光电效应。
当光线照射到铟镓砷材料时，光子的能量被吸收，使得材料中的电子激发并跃迁到导带。
这些激发的电子会在外电场的作用下被加速，产生电流。
通过测量这个电流的大小，可以间接地测量光线的强度。
铟镓砷光电二极管的灵敏度非常高，可以探测到宽波长范围内的光线。
铟镓砷材料的能带结构使其具有较小的能隙，因此可以感受到红外光的能量。
这使得铟镓砷光电二极管在红外成像和光谱分析等领域有着重要的应用。
铟镓砷光电二极管的工作速度也非常快，可以实现高频率的信号检测和传输。
这使得它在通信领域中被广泛应用于光纤通信和无线通信系统中。
在光纤通信系统中，铟镓砷光电二极管用于接收光信号并将其转换为电信号，以实现光信号的传输和解调。
在无线通信系统中，铟镓砷光电二极管用于接收红外光信号并将其转换为电信号，以实现无线信号的接收和解码。
除了通信领域，铟镓砷光电二极管还在其他领域有着广泛的应用。
在光谱分析中，铟镓砷光电二极管可以用于检测和测量不同波长的光线，从而分析样品的光谱特性。
在红外成像中，铟镓砷光电二极管可以用于接收红外辐射并将其转换为电信号，从而实现红外图像的获取和显示。
尽管铟镓砷光电二极管具有许多优点，但也存在一些限制。
由于铟镓砷材料的制备和加工工艺复杂，导致铟镓砷光电二极管的成本较高。
此外，铟镓砷材料对温度敏感，工作温度范围较窄，需要在特定的温度条件下工作以保证性能。
铟镓砷光电二极管是一种具有高灵敏度、高速度和宽波长响应范围的光电器件。
它在通信、光谱分析、红外成像等领域有着重要的应用。
虽然存在一些限制，但随着材料和制造工艺的进步，铟镓砷光电二极管有望在更多领域发挥重要作用。
FBG光纤光栅的应变和温度传感特性研究与实验验证
光纤光栅的应力和温度传感特性研究 (1)一光纤光栅传感器理论基础 (1)1 光纤光栅应力测量 (1)2 光纤光栅温度测量 (2)3 光纤光栅压力测量 (3)二光纤光栅传感器增敏与封装 (4)1 光纤光栅的应力增敏 (4)2 光纤光栅的温度增敏 (5)3 光纤光栅的温度减敏 (5)4 嵌入式敏化与封装 (6)5 粘敷式敏化与封装 (7)三光纤光栅传感器交叉敏感问题及其解决方法 (9)1 参考光纤光栅法 (10)2 双光栅矩阵运算法 (10)3 FBG与LPFG混合法 (11)4 不同包层直径熔接法 (12)5 啁啾光栅法 (12)光纤光栅的应力和温度传感特性研究一光纤光栅传感器理论基础1 光纤光栅应力测量由耦合模理论可知，光纤布拉格光栅(FBG)的中心反射波长为：2B eff n λ=Λ (1)式中：eff n 为导模的有效折射率，Λ为光栅的固有周期。
当波长满足布拉格条件式(1)时，入射光将被光纤光栅反射回去。
由公式(1)可知，光纤光栅的中心反射波长B λ随eff n 和Λ的改变而改变。
FBG 对于应力和温度都是很敏感的，应力通过弹光效应和光纤光栅周期Λ的变化来影响B λ，温度则是通过热光效应和热胀效应来影响B λ。
当光纤光栅仅受应力作用时，光纤光栅的折射率和周期发生变化，引起中心反射波长B λ移动，因此有：eff BB effn n λλ∆∆∆Λ=+Λ (2) 式中：eff n ∆为折射率的变化，∆Λ为光栅周期的变化。
光栅产生应力时的折射率变化：()21211112effeff e effn n P P P n μμεε∆=---=-⎡⎤⎣⎦ (3) 式中： ()21211112e eff P n P P μμ=--⎡⎤⎣⎦ (4) ε是轴向应力，μ是纤芯材料的泊松比，11P 、12P 是弹光系数，e P 是有效弹光系数。
假设光纤光栅是绝对均匀的，也就是说，光栅的周期相对变化率和光栅段的物理长度的相对变化率是一致的。
光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术
θ 为本振信号的初始相位，调整载波信号幅度 φ H ， 使 J 1 (φ H ) = J 2 (φ H ) 。将上两式相加得
SA = S1A(t) + S2A(t) = 2 ABJ1 (φ H ) cos (3ω H t + θ + φ A sin ω At + φ )
(15)
− KGJ 1 (c) cos Φ (t ) KHJ 2 (c) sin Φ (t )
φ (t ) = π 2 时， 奇 （偶） 数倍角频率 ω 出现在奇 （偶） 数倍载波频率 ω 0 两侧。这些出现在 ω 0 两侧的边带
信号携带着被测信号的相位信息。如果不加调制信
第3期
裴雅鹏 等：光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术
19
号，输出光强 I1 = A + B cos Φ (t ) ，若 Φ (t ) = 0 ， 则 cos Φ (t ) = 1 ，由于 Φ (t)的存在，信号将发生消 陷或畸变。 光纤 Mach-Zehnder 干涉仪调制与解调系统如 图 4 所示，将两路干涉的信号做差分运算，消去直 流偏移量，与 G cos
2 I 2 = I12 + I 2 + 2 I1 I 2 cos ( ∆ϕ )
I1 = ALeabharlann + B cos ϕ (t ) I 2 = A − B cos ϕ (t )
臂上外界物理量的变化。
RA RA Lens Lens DC1 DC1 DC2 DC2 PD1
（2） （3）
通过对干涉信号相位的提取来获知作用在信号
中图分类号 TN253
1 引 言
自从 1881 年美国物理学家 Michelson 发明 Michelson 干涉仪以来， 使用激光干涉传感器测量位 移、速度的技术得到了很大的发展。随后又出现了 Sagnac 干涉仪、Mach-Zehnder 干涉仪、Fabry-Peort 干涉仪等一些干涉仪。激光干涉传感器能提供一种 精确、快速、非接触的测量，而信号处理将直接影 响到测量的分辨率、精度和动态范围等因素。在过 去的 20 年， 基于这些干涉仪原理的传感器相位解调 方法已经成为研究的主要课题，出现了许多不同的 调制与解调方法，从而使干涉型传感器的应用更加 广泛。本文首先介绍了几个不同结构干涉型传感器 的原理，然后着重介绍了其调制与解调技术的原理 及实现方法。
四象限InGaAs APD探测器的研究
四象限InGaAs APD探测器的研究王致远;李发明;刘方楠【摘要】文章中设计的四象限InGaAs雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode,APD)的管芯结构采用正入光式平面型结构,而材料结构采用吸收区、倍增区渐变分离的APD结构,在对响应时间、暗电流和响应度等参数进行计算与分析的基础上,优化了器件结构参数.试验结果表明,其响应时间≤1.5 ns,响应度≥9.5 A/W,暗电流≤40 nA,可靠性设计时使PN结和倍增层均在器件表面以下,可有效抑制器件表面漏电流,提高器件的可靠性.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2007(000)006【总页数】4页(P43-46)【关键词】InGaAs雪崩光电二极管;吸收区倍增区渐变分离-雪崩光电二极管;光谱响应范围;响应度;暗电流【作者】王致远;李发明;刘方楠【作者单位】重庆邮电大学,光电工程学院,重庆,400065;重庆邮电大学,光电工程学院,重庆,400065;重庆邮电大学,光电工程学院,重庆,400065【正文语种】中文【中图分类】TN3InGaAs材料制作的探测器具有直接禁带、室温工作和高纯度的优点，由它制作的光电探测器具有极低的暗电流和噪声。
在过去的十多年中，在光纤通信需求的推动下，InGaAs材料和器件有了很大的发展，现在已经能制备出性能非常优良的探测器。
激光导引头、激光经纬仪等光电跟踪、定位和准直仪器中常用四象限探测器作为光电传感器。
激光制导武器的核心器件便是激光导引头，位于导引头最前端的象限光电探测器是捕获目标、判断目标位置、分析目标状态的第一信息的关键部分［1］。
开发In-GaAs四象限探测器已成为激光制导、激光瞄准、探索和跟踪等装备的迫切需求，也是民用大气检测、土壤水分和碳化物等监控所需象限探测器的发展趋势［2］。
1 工作原理及器件参数设计1.1 工作原理四象限探测器的基本工作原理如图1所示。
器件的4 个象限同时工作在反向偏压下，当光照射时，在每个象限耗尽区内，光激发产生的载流子分别向两极运动，电子在运动过程中经过具有高电场的电荷层加速，在倍增层内碰撞产生大量的空穴电子对（雪崩效应），在外电路形成比光激发电流大得多的雪崩电流，实现器件的增益，同时，也将光信号转换成了4 路电流信号，如图1（a）所示。
光纤光栅微弱信号检测的解调电路_贾振安
文献标识码： A
文章编号： 1002 － 1841（ 2012） 05 － 0079 － 03
Demodulation Electric Circuit of Optical Fiber Grating Weak Signal Detection
JIA Zhen-an，ZHENG De-lin （ Xi'an Petrolenu University Key Laboratory of Photoelectricity Gas-oil Logging and Detecting of EMC，Xi'an 710065，China）
大器的输出通常需要匹配到 50Ω，以便能够与下一级电路级 联［4］。由于光电信号相对比较微弱，因此互阻放大器和前置放
大部分需采用失调电压和偏置电流小的运算放大器，以减少噪
声。运算放大器 OPA2277PA 工作电压为 4 ～ 36 V，失调电压 Vio = ± 50 μV，偏置电流 Ib = ± 2. 8 nA，噪声电压 En = 8 nV / Hz － 2 ， 噪声电流 In = 0. 2 pA / Hz － 2 。根据等效输入噪声模型由放大器 提供的噪声由式（ 1） 计算；
号速率相适应，通常为 0. 7 倍的信号速率，以同时获得较好的 噪声和码间干 扰 性 能［3］。此 外，从 时 域 上 看，带 宽 还 影 响 输 出
电压波形的上升和下降时间； 等效输入噪声电流谱密度决定着
最小能够检测到的光电流； 而当输入电流增大时，互阻放大器
又会进入饱和，因此，电压余度决定着动态范围的大小； 互阻放图 1 光电解调电路原理图
工作，接收光信号 形 成 光 生 载 流 子 并 雪 崩 倍 增，形 成 放 大 的 电 信号作为前置放大电路的输入信号，在经过固定的雪崩增益的 前放电路后，进入后续电路。由于雪崩管的特性（ 雪崩效应和 雪崩击穿效应） 对温度变化非常敏感，所以需要通过温度监控 电路自动 调 整 雪 崩 管 的 偏 置 电 压，以 达 到 温 度 补 偿 的 目 的。 GT322 InGaAs PIN 光电二极管，其光敏面积为 60 μm，光谱响应 范围为 900 ～ 1 700 nm，暗电流为 0. 11 nA，响应度为 0. 94 μA / μW，响应速度约 0. 3 ns． APD 需要的偏置电压高达 60 V，因此 需要专门的升压电路，可采用 DC － DC 开关升压的方法，将 2. 7 ～ 11 V 的 直 流 电 压 最 大 升 高 到 70 V． 升 压 电 路 芯 片 采 用 MAX15031，输出电压通过反馈电阻进行调节。APD 偏置电路 如图 2 所示。
光纤光栅解调综述
光纤光栅解调综述一、引言光纤布拉格光栅（FBG）是一种重要的光学器件，具有高灵敏度、抗电磁干扰、体积小及易复用等特性，广泛应用于恶劣环境的温度、应变及振动等物理量检测。
基于在线光纤拉丝塔的大规模光栅阵列光纤制备方法的实现，突破了传统光纤光栅分布式传感技术受限于机械强度和制备工艺复杂的限制，大大拓展了其在分布式传感领域的应用。
本文将对光纤光栅解调技术进行综述。
二、光纤光栅解调技术准静态波长解调技术准静态波长解调技术是一种常用的光纤光栅解调方法。
它通过测量FBG中心波长的变化来解调传感信号。
准静态波长解调技术具有解调速度快、空间分辨率高等优点，但需要精确控制光源的波长和带宽，对光源的稳定性要求较高。
高速波长解调技术高速波长解调技术是一种基于光谱分析的解调方法。
它通过测量FBG光谱的变化来解调传感信号。
高速波长解调技术具有解调速度快、空间分辨率高等优点，但需要高分辨率的光谱分析仪，对硬件设备的要求较高。
增强型动态相位解调技术增强型动态相位解调技术是一种基于干涉仪的解调方法。
它通过测量FBG中心波长的变化来解调传感信号。
增强型动态相位解调技术具有解调速度快、空间分辨率高等优点，但需要精确控制光源的波长和带宽，对光源的稳定性要求较高。
三、光纤光栅应用领域基于大规模光栅阵列光纤的应用包括温度、应变分布式的准静态应用领域，以及振动分布式的相位动态应用领域等，包括大型建筑、机械、航空航天、石油化工等诸多领域的安全监测、故障诊断等工程应用方面。
四、结论光纤布拉格光栅传感技术因其具有高灵敏度、抗电磁干扰、体积小及易复用等特性而广泛应用于恶劣环境的温度、应变及振动等物理量检测。
基于在线光纤拉丝塔的大规模光栅阵列光纤制备方法的实现，突破了传统光纤光栅分布式传感技术受限于机械强度和制备工艺复杂的限制，大大拓展了其在分布式传感领域的应用。
本文系统地介绍了大规模光栅阵列光纤的制备、分布式解调方法与应用进展，从大规模光栅阵列光纤的在线制备技术，以及基于该阵列光纤的分布式传感解调技术，包括准静态波长解调技术、高速波长解调技术以及增强型动态相位解调技术等，特别关注解调速度、空间分辨率、复用容量等关键技术及传感性能。
基于FPGA的可调谐激光器控制电路设计
控制技术・ 120 ・计算 机测 量与控制 2021 29(4)Computer Measurement & Control文章编号 1671 - 4598(2021)04 - 0120 -06 DOI ：10.16526/ki.11 — 4762/tp.2021. 04.024 中图分类号：TN248文献标识码：A基于FPGA 的可调谐激光器控制电路设计孔市委，任乾钰，王军，贾平岗(中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051)摘要：可调谐激光器是光纤光栅解调系统中最主要的部件之一，其输出波长和功率的稳定性影响整个解调系统的性能；文中 对MG —Y 可调谐激光器的调谐原理进行了分析，设计了一种基于FPGA 的可调谐激光器控制电路；使用温度控制芯片ADN8834对MG —Y 激光器进行温度控制，通过改变电流源的输出电流，控制激光器的输出波长；利用光谱分析仪采集激光器的输出波长，并对激光器的输出波长进行标定，制作“波长一电流”查询表；FPGA 通过调用“波长一电流”查询表，实现激光器的波长在1 527〜1 567 nm 范围内以20 pm 间隔连续线性扫描。
同时搭建光纤布拉格光栅解调系统，验证了可调谐激光器解调 光纤光栅中心波长的可行性。
关键词：MG —Y 激光器；波长控制；温度控制；“波长一电流”查询表Design of Tunable Laser Control Circuit Based on FPGAKong Shiwii , Ren Qianyu , Wang Jun , Jia Pinggang(Science and Technology on Electronic Test & Measurement Laboratory ,North University of China , Taiyuan 030051, China )Abstract : Tunable laser is one of the most important components in the fiber Bragg grating demodulation system. The stability ofits output wavelength and power affects the performance of the whole demodulation system. In this paper , the tuning principle of MG —Ytunablelaserisanalyzed ， andatunablelasercontrolcircuitbasedonFPGAisdesigned Thecircuitusesatemperaturecontrol chipADN8834tocontrolthetemperatureofthe MG —Ylaser ， andcontrolsoutputwavelengthofthelaserbychangingtheoutputcurrent of the current source. The output wavelength of the laser is analyzed by spectrum analyzer , and the output wavelength of la ser is calibrated , and the wavelength 一 current query table is made. The wavelength of the laser can be scanned continuously in the range of 1527 〜1567 nm at the interval of 20 pm by FPGA calling the wavelength 一current query table. At the same time , a fiberBragg grating demodulation system was built to verify the feasibility of the tunable laser to demodulate the center wavelength of the f — bergratingKeywords : Mg 一 Y laser ； wavelength control ； temperature control ； "wavelength —current" query table0引言随着光纤传感技术的迅速发展及其在各工程领域的广 泛应用3］,光纤传感在全球范围内得到了大量的关注，在工程应用、学术研究等方面吸引着许多专家学者34］。
光纤布拉格光栅传感分析仪
理 Ｓ０＿ ｓｚ 管 单３＿ Ｒｓ 片 ｝路～卜 Ｐ． ｚ ４１ 机
—
源
Ｍ
间隔， 就可 以算 出各传 感器相对于参 考通道 内某个传感 器 的时 间差 ， 然后根据滤波 器 的扫描速 度 （ 波长／ 间） 求取各 传感 时 来 器相对 于参 考通道 内该传感器 的波长值偏 移量 。此 外 ， 由于该 参考传感器 的波长值是 已知量 ， 最终 获得所有传 感器 的波长测
ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｉ ｔ ｌｓａ ｌ ｎ ｅ ｉ ｌ ｆｅ ｎ ｓ ｎ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｈ ｙ ｔｍ ｓ ｓｉ ｔｂ ｅ ａ ｄ ｒ ｌ ｅ ａｔ ｒａ ｌ ｇ ｔ ｔ ｄ ｒ ｄｆ ｒ ｎ ｏ ｄ ｔ ｎ ． ｌ ｂ ａ ｏ ｅ ｕ ｆ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ ｆ ｅ ｒ ｇ ａｉ ｇ Ｆ Ｇ ； Ｐ； ａ ｅｅ ｇｈ ｄ ｍｏ ｕ ａ ｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｂ ｒ Ｂ ａ ｇ ｇ ｔ ； Ｐ Ａ ＤＳ ｗ ｖ ｌｎ ｅ ｄ ｌｔ ｉ ｒ ｎ ｔ ｏ
Ｃ ａ ｕ ｅ ｒ ａ － ｍｅ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ， ｔａｎ， ｒ ｓ ｕ ｅ ｄ ｓ ｌｃ ｍｅ ｔ ａ ｄ ｏｈ ｒ ｈ ｕ ｈ ｋ ｙ ｓｅ ｓ ｉｃ ｕ ｉｇ ｄ ｔ ｃ ｕ ｓ ｉｎ， ｌ ｔ ｒ ｎ ａ ｍｅ ｓ ｒ ｅ ｌｔ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｓｒ ｉ ｐ ｅ ｓ ｒ ， ｉｐ ａ ｅ ｎ ， ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｇ ｅ ｔｐ ｎ ｌ ｄ ｎ ａ ａ ａ ｑ ｉｉ ｏ ｃｕ ｔ ｉ ｏ ｔ ｅ
基金项 目： 湖北省教育厅科研基金资助项 目（ ２ｏ ２０ ） Ｑ ０ ９ ３ １ 收 稿 日期 ：０ １— ３—０ 收 修 改稿 日期 ：０ １—０ ２ ２１ ０ ９ ２１ ８— １
信号 与参 考信 号进 行分 析与 比较 ， 最后 将 获取 １ 路 测量 信 号 ６
铟镓砷光电管
铟镓砷光电管
铟镓砷（InGaAs）光电管是一种特殊类型的光电探测器，广泛应用于光电子学领域。
InGaAs光电管通常用于探测红外光谱范围的光，其波长范围一般在800nm至1700nm之间，但也有一些特殊设计的产品可以覆盖更宽或更窄的光谱范围。
InGaAs光电管的工作原理基于光电效应，即当光照射在半导体材料上时，能够激发出电子-空穴对，从而产生光电流。
这种光电效应使得InGaAs光电管能够将光信号转换为电信号，从而实现对光的探测和测量。
InGaAs光电管具有许多优点，如高灵敏度、快速响应、低暗电流和低噪声等。
这使得它在许多领域都有广泛的应用，如光通信、光谱分析、红外成像和光探测等。
请注意，虽然InGaAs光电管在许多应用中表现出色，但它也有一些限制和缺点。
例如，它对某些特定波长的光可能不够敏感，或者在高温环境下性能可能会下降。
因此，在选择和使用InGaAs光电管时，需要根据具体的应用需求和条件进行综合考虑。
此外，InGaAs光电管还可以分为不同类型，如PIN光电二极管、
雪崩光电二极管（APD）等。
每种类型的光电管都有其独特的特点和适用场景，因此在选择时需要根据具体需求进行选择。
总的来说，铟镓砷光电管是一种重要的光电探测器件，具有广泛的应用前景和市场需求。
随着光电子学技术的不断发展，InGaAs光电管的性能和应用范围也将不断得到提升和拓展。
ingaas测试原理
ingaas测试原理Inganese arsenide (InGaAs) 是一种广泛应用于光电子器件和光通信领域的半导体材料。
它由铟 (In)、镓 (Ga) 和砷 (As) 元素组成，具有优良的光电性能和热稳定性。
本文将介绍InGaAs的测试原理及其在光电子器件中的应用。
我们需要了解InGaAs的测试原理。
在光电子器件中，常用的测试方法包括电学测试和光学测试。
电学测试主要针对InGaAs材料的电性能进行测量，包括电阻、电流和电压等参数。
光学测试则是通过照射光源，测量InGaAs材料的光学性能，如吸收光谱、发射光谱和光电流等。
对于电学测试，常用的方法包括四探针电阻测试和霍尔效应测试。
四探针电阻测试可以测量InGaAs材料的电阻率，通过在InGaAs材料上施加电压，利用四个探针测量电流，从而计算出电阻率。
霍尔效应测试则是通过施加磁场，测量InGaAs材料中产生的霍尔电压，从而获得材料的载流子浓度和类型。
光学测试中，吸收光谱是研究InGaAs材料的吸收特性的重要方法。
通过照射不同波长的光源，测量InGaAs材料的吸收光强，可以得到材料的吸收谱线。
发射光谱则是测量InGaAs材料在受激发后的发光特性，通过激发材料产生电子-空穴对，并测量其发射的光强，可以得到发射光谱。
光电流测试则是测量InGaAs材料在受光照射后产生的电流，通过测量电流大小可以评估材料的光电转换效率。
除了测试原理，InGaAs在光电子器件中的应用也非常广泛。
由于InGaAs具有较宽的能带间隙，适合在近红外波段工作，因此它常用于光通信领域的光接收器和光发射器。
在光接收器中，InGaAs材料接收到光信号后，会产生电流输出，实现光信号的转换和传输。
在光发射器中，InGaAs材料通过外加电压激发载流子，产生光信号输出，实现光信号的发射和传输。
InGaAs还广泛应用于太阳能电池、光谱分析仪和红外传感器等领域。
在太阳能电池中，InGaAs材料能够吸收太阳光中的近红外光谱，转化为电能，提高太阳能电池的光电转换效率。
基于光纤光栅的GIS导体温度巡检方法与装置
基于光纤光栅的GIS导体温度巡检方法与装置孙国霞;关向雨;舒乃秋;孔令明;金向朝;谢志杨【摘要】针对GIS设备导体温度监测和回路过热性故障预防,在分析光纤光栅测温原理和成像解调技术的基础上,提出了一种基于光纤光栅温度传感网络的GIS导体温度巡检方案.通过现场温升试验建立了GIS导体温度测量模型并根据相关标准制定了GIS导体温度过热性故障判据.研制了可应用于不同GIS母线温度测量的便携式巡检装置,设计了温度巡检装置的硬件系统和软件系统.现场实验表明该设备工作稳定,测温精度高,对于保障GIS设备的安全稳定运行具有现实意义.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2015(030)008【总页数】6页(P316-321)【关键词】GIS母线;便携式;光纤光栅;温度巡检【作者】孙国霞;关向雨;舒乃秋;孔令明;金向朝;谢志杨【作者单位】武汉大学电气工程学院武汉 430072;广东电网公司佛山供电局佛山528000;武汉大学电气工程学院武汉 430072;武汉大学电气工程学院武汉430072;武汉大学电气工程学院武汉 430072;广东电网公司佛山供电局佛山528000;广东电网公司佛山供电局佛山 528000【正文语种】中文【中图分类】TM930.1气体绝缘开关设备（Gas Insulated Switchgear, GIS）导电回路中包含大量插接式触头，如母线连接点、闭合状态下的断路器和隔离开关触头等。
由于在安装过程中存在装配公差和施工时的粗大误差，某些电气接点存在对接不同心、插入深度不足等隐患，在设备运行过程中由于对接处接触性能的退化引起接触电阻增大并导致触点异常温升，严重时导致母线接头烧毁并引发短路事故。
随着大量新GIS设备投入运行于较早投运设备的老化，这类 GIS接头过热性故障发生频率呈现上升趋势[1-2]。
因此开展对GIS母线接头的温度监测，预防过热性故障是十分必要的。
传统预防GIS导电回路过热性故障的方法包括设备安装后的回路电阻测量和红外测温两种方法[3-8]。
第十章 光电传感器
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光敏二极管的反向偏置接 线（参考上页图）及光电特性 演示
在没有光照时，由于二 极管反向偏置，反向电流 （暗电流）很小。
— UO +
光照
光敏二 极管的 反向偏 置接法
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当光照增加 时，光电流IΦ 与光照度成正 比关系。 14
光敏三极管
光敏三极管有两个PN结。与普通 三极管相似，有电流增益，灵敏度比光 敏二极管高。多数光敏三极管的基极没 有引出线，只有正负（c、e）两个引脚， 所以其外型与光敏二极管相似，从外观 上很难区别。
参数
单位 GD3250-A GD3250-B GD3250-C
光敏面直径 mm
0.2
0.5
0.8
工作电压
V
100~150 100~150 150~250
暗电流
nA
≤15
≤25
≤35
响应度
V/w
60
60
60
上升时间
ns
≤1
≤3
≤4
噪声等效功率 Pw/Hz1/2 0.05
0.07
0.09
结电容
pF
≤1
≤1.5
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光敏三极管外形
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光敏三极管内部结构
a) 内部组成 b)管芯结构 c）结构简化图
1—集电极引脚 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜
5—发射极引脚 6—N+ 衬底 7—N型集电区 9—集电结 10—P型基区 11—N型发射区
81—2—Si发O2射保结护圈
您可以根据自己的奇思妙想，结合其他电路开发出更加 优秀的新产品。或自动化控制装置。
单光子雪崩光电二极管阵列
单光子雪崩光电二极管阵列单光子雪崩光电二极管阵列是一种高性能的光电探测器，它能够实现单光子级别的弱光信号探测。
这种阵列的设计和制备对于光学通信、光学成像、量子通信等领域都具有重要意义。
光电二极管是一种基于光电效应工作的器件，能够将光信号转化为电信号。
而单光子雪崩光电二极管阵列则是在常规光电二极管的基础上进行了改进和优化。
它采用了雪崩放大技术，能够在光子被探测到时产生大量的载流子，从而提高信号的信噪比和探测效率。
单光子雪崩光电二极管阵列的制备过程非常复杂。
首先，需要选择合适的材料来制作光电二极管的结构。
常用的材料包括硅、锗、InGaAs等。
然后，通过光刻技术和离子注入等工艺，将材料制备成具有微米级结构的光电二极管。
最后，将多个光电二极管组成阵列，以实现对光信号的高效探测。
单光子雪崩光电二极管阵列在实际应用中有着广泛的用途。
在光学通信中，它可以用于接收和解调光信号，实现高速、高容量的数据传输。
在光学成像中，它可以用于低光水平下的图像采集，如夜视仪、红外相机等。
在量子通信中，它可以用于量子密钥分发和量子隐形传态等关键技术的实现。
然而，单光子雪崩光电二极管阵列也存在一些挑战和限制。
首先，制备过程复杂，成本较高。
其次，由于雪崩效应的存在，会产生较大的噪声，影响信号的质量。
此外，阵列中的单个光电二极管之间可能存在不均匀性，导致探测效率不一致。
总的来说，单光子雪崩光电二极管阵列是一种非常重要的光电探测器，具有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和改进，相信它将在各个领域发挥越来越重要的作用，为人类带来更加便捷和高效的光学应用体验。
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Alex ander G. Sim pson 等 人提 出了基 于 CCD 和闪耀布喇格光纤光栅对光纤传感器进行解调的方 案[ 8] . 虽然 CCD 能对光纤传感器进行解调, 但是由 于它们的波长响应范围在 400~ 1 100 nm , 而布喇 格光纤光栅传感解调波长在 1 500 nm 附近, 如果用 CCD 进行解调, 不得不镀膜而增加额外的成本. 由 于线阵 InGaA s 光电二极管阵列的波长响应范围是 800~ 1 700 nm, 而且在波长 1 500 nm 附近具有很 高的量子效率 和反应 灵敏 度. 因此本 文利 用线 阵 InG aA s 光电二极管阵列[ 9] 探测波长随外界物理量 变化的移动, 然后把光信号转化为电信号, 通过模数
图 7 不同工作温度下输入功率的精确度 F ig . 7 Input power accuracy at different operating temperature
5 结论
提出了基于线阵 InGaAs 光电二极管阵列和体 相位光栅并结合波分复用和空分复用技术的解调系 统. 该解调系统不仅实现了尺寸小, 低功耗, 高的分 辨率, 而且具有很快的解调速度. 实验结果和系统分 析表明: 基于线阵 InGaAs 光电二极管阵列和体相 位光栅的解 调系统, 可用于 解调带宽 为 42 nm 的 F BG 传感器阵列, 实现了信噪比为 30 dB, 信噪比漂 移 0. 5 dB, 中心波长误差 15 pm, 输入功率误差
图 5 是解调系统测得四个波长的信噪比随温度
9期
李国玉, 等: 基于线阵 InG aA s 光电二极管阵列的光纤光栅传感解调
159 3
变化的误差, 由图可见, 信噪比误差在 0. 5 dB之间.
图 4 InGaA s 解调系统信噪比的测量 F ig. 4 SN R measurement of the InGaA s
图 6 不同工作温度下波长的精确度 F ig . 6 Wavelength accuracy at different operating temperature
同理, 功率的精确度测量是 InGaAs 解 调系统 测 得的输入功率与它的∃ 真值%的比值. 这里的∃ 真 值%由功率计测得. 图7就是四波长的输入功率随着温 度变化的误差, 由图可见, 功率的精确度为 0. 3 dB.
与噪音功率的绝对比值, 计算公式为
SN R=
10
# lo g10 [
Ps ignal P ] noise
信噪比的测量在某一恒定的温度和相同的光照
强度下, FBG 波峰的相对强度与解调系统的最大噪
音的比值. 图 4 就是 InGaAs 解调系统在不同的解
调波长下测量得到的信噪比, 从图中可以看出, 解调 波 长范围为42 nm, 测量得到的信噪比为30 dB左右.
15 pm, 功率测量精确度为 0. 3 dB. 基于线阵 InGaA s 光电二极管阵列和体相位光栅的光纤光
栅解调系统不但尺寸小, 功耗低, 而且具有较高的解调速度.
关键词: 光纤光栅传感; InGaAs 光电二极管阵列; 解调系统
中图分类号: T IP21211
文献标识码: A
文章编号: 1004 4213( 2007) 09 1591 4
转化( A/ D) , 直接输入计算机, 实现光纤光栅传感的 分布式实时测量, 增强了光纤光栅传感的智能化.
1 原理和结构
InGaAs 是近红外区域具有良好光敏感性的 !族复合型半导体材料. 通过改变它的掺杂浓度, 可 以控制它的灵敏度. 和 CCD 不同的是 InGaAs 探测 器是一些光电二极管离散的排列在一块集成的片子 上, 从而形成一个线性阵列. InGaAs 探测器阵列在 结构上包括 P IN 二极管阵列、雪崩二极管( APD) 阵 列和金 属 半导 体 金属 ( M SM ) 二 极管 阵 列. 由于 M SM 型二极管阵列结构特别复杂, 而且难于生产, AP D 型二极管阵列需要在高电压下工作, 而且具有 很大的暗电流, 所以它们不适宜应用在光纤光栅传 感的解调系统中. 实验中采取的 P IN 型光电二极管 阵列探测器是利用光生伏特 效应( Dember 效应) , 光照射到 p n 结上, InGaA s 层就会吸收光子, 同时 产生电子 空穴对. 在外电场的作用下, 光生载流子 就会产生漂移, 从而在外围电路生成光电流. 图 1 为 640 像素的 PIN 型光电二极管阵列的结构, 阵列长 度是 40 nm , 像素间隔为 65 pm .
第 36 卷第 9 期 2007 年 9 月
光子学报 ACT A PH OT ON ICA SINICA
V ol. 36 N o. 9 Sept ember 2007
基于线阵 InGaAs 光电二极管阵列的光纤 光栅传感解调*
李国玉, 刘波, 郭团, 张键, 袁树忠, 开桂云, 董孝义
( 南开大学现代光学研究所, 天津 300071)
F ig . 3 Detected ( a) strain and ( b) temperature induced w aveleng th shifts w ith the InG aA s interr og at ion system
4 系统性能分析
一般信噪比定义为某一个信道波长, 信号功率
2 实验装置
实验中采用的 14 m, 512 像素的线阵 InGaAs 光电二极管阵列放置在耦合光输出的平面上, 它由 离散分布的光电二极管, 电荷放大器阵列, 三极管以 及相关的取样电路, 偏移补偿电路, 移位寄存器和时 序发生器组成, 见图 2. 为了区分特别接近的空间信 道并且获得高散射效率, 实验中采用的体相位光栅 夹在两棱镜之间. 这种结构可以允许在 1 550 nm 波 长附近为了满足布拉格方程而达到的大角度. 中心 波长为 1 550 nm , 波长范围为 1 525~ 1 570 nm .