更新时间：2014-04-04 作者： 该文章已被浏览75次
光纤传感目前仍然主要局限于分立的光纤传感器件以及单点或多点式光纤传感系统。这一方面制约了光纤传感产业自身的发展，另一方面也越来越不适应光纤传感应用网络化的发展需求。例如一个大跨度桥梁的健康监测需要数千个光纤传感器，高速铁路、石油管线等需要数百公里的超长距离监测，而大规模光纤传感网在海洋资源勘探等领域也有着特殊的需求。因此，光纤传感网是光纤传感技术发展的必然趋势。针对光纤传感网高效扩容这一技术难题，需要从组网机理、接入方法、寻址方法、及信息处理技术等方面进行深入研究。 光学与电子信息学院物联网接入小组一直从事光纤传感组网和扩容技术的研究。在刘德明教授和孙琪真副教授的指导下，博士生李晓磊提出混合波分/时分复用的传感网扩容方法，研发了传感无源光网络的局端光传感终端、光分配网络和用户终端光传感单元，构建大容量传感无源光网络平台，实现多点、多参数、多结构、多功能的融合传感。在此基础上，设计了自反馈型的非平衡MZI-SI分布式振动传感器，实现了32时分/8波分共256个传感器的大规模复用，研制了一套针对建筑物安全警戒的分布式光纤周界防入侵系统，并通过了为期6个月 的现场测试，相关研究成果发表在Journal of Lightwave Technology上。进一步的，研究小组针对单光纤的传感复用扩容技术进行了深入研究，提出“微结构光时域反射（M-OTDR：Microstructure－Optical time domin refecltor）”原创理论与方法，将光纤微结构单元的高灵敏传感优势与OTDR方法的分布式定位优势有机结合。博士生李晓磊提出一种基于超弱光纤布拉格光栅的微结构法布里-珀罗传感器，不仅同时具有波长编码和频率编码特性，而且插入损耗小，具备大规模复用的潜力。采用混合频分/波分复用技术，理论上单纤复用容量可达数千个，相关研究成果发表在Optics Express上。此外，研究小组在白光干涉型光纤传感技术基础上，研究适合于长距离光纤传感网的信号处理方法。孙琪真副教授和硕士生王贺提出“二次FFT定位算法”，通过对传感信号频响曲线进行第二次快速傅里叶变换和局部高斯拟合处理，能快速提取出隐含在陷波曲线中的零点频率信息，进而计算出事件发生位置。相比于传统系统中的陷波点直接寻方法，能极大的避免随机误差，提高定位精度和稳定性。更为重要的是，该算法从频率上对事件位置进行判断，能突破传统技术不能实现多点同时定位的缺陷，相关研究成果发表在Optics Express上。
微纳光纤传感器和激光器的研究新进展
更新时间：2014-04-04 作者： 该文章已被浏览67次
微纳光纤是尺度在微米及亚微米级别的特种光波导结构，相比于普通光纤具有独特的光学特性。其表面具有很强的倏逝场，与外界能够产生强烈的相互作用。外部环境会直接影响微纳光纤导模光场的分布，采用光学手段测量光场特征参量变化，可以灵敏感知环境的变化。同时，其结构尺寸决定制造的器件更加小巧轻便，并具有更好的柔韧性。因此，基于微纳光纤的高灵敏传感器和微型化激光器成为目前研究的热点。电压比较器电路 光学与电子信息学院的物联网接入研究组一直从事微纳光纤器件和应用的研究。在刘德明教授和孙琪真副教授的指导下，博士生沃江海提出了基于微纳光纤波导倏逝场和Mach-Zehnder干涉仪调制相位检测的高灵敏折射率传感机理，并实现了超高精度折射率和温度传感测量，研究中提出利用可调光纤延时线精确调控干涉仪的相位补偿，从而将波长测量转化为光程测量，在实现高灵敏度的同时实现线性测量，提高了传感器的可用性，相关研究成果发表在Optics Letters上。进一步的，研究小组在微纳光纤复合结构及光学特性方面进行了深入研究。孙琪真副教授和硕士生张杰君提出微纳光纤法布里-珀罗谐振微腔的创新结构和“两步法”制备工艺， 结合光纤激光器及相干拍频检测技术实现了灵敏度达911MHz/RIU的超高精度折射率测量，并具有小型化、高集成、温度自补偿等特点，相关研究成果发表在Optics Letters上。在此工作基础上，研究小组提出利用微纳光纤法布里-珀 眼镜清洗剂
罗谐振微腔的光栅包络光谱和干涉仪精细梳状谱复合特性，结合频域处理方法实现多参量的同时测量，并通过高斯拟合、滤波和插值复原等算法将光谱测量分辨率提高了一个数量级，相关研究成果发表在Journal of Lightwave Technology上。此外，研究小组还进行了微纳光纤在小型化滤波器和激光器中的应用研究。孙琪真副教授和硕士生贾卫华提出一种新型的全微纳光纤法布里-珀罗滤波器。该滤波器由两个级联的微纳光纤Sagnac环构成，可通过扭转一根经火焰加热法制备的微纳光纤直接获得，制备工艺简单，成本低廉。在整个光纤传输带宽上具有非常优异的梳状滤波特性，宽带反射谱的平坦度优于2dB，自由光谱范围0.18nm，消光比可达15 dB。将此滤波结构应用到环腔光纤激光器中，成功实现了室温下42个多波长的稳定输出，在多波长、小型化光纤激光器领域具有研究价值和应用潜力，相关研究成果发表在IEEE Photonics Technology Letters上。
polar code光纤激光传感技术的新进展
莹石球更新时间：2014-04-04 作者： 该文章已被浏览55次
基于光纤激光器的传感测量是信息技术研究的重点，利用光纤激光器的超窄线宽、高边模抑制比等优点，能有效提高传感测量的灵敏度和信噪比，因此受到了广泛关注。然而当前
光纤激光传感技术主要采用波长检测方法，测量成本高、精度较低，且光纤激光器的自身稳定性较差，这些关键难题阻碍了激光传感技术的实际应用。
asdl 光学与电子信息学院的物联网接入研究小组一直从事光纤激光传感技术的研究。在刘德明教授和孙琪真副教授的指导下，博士生沃江海提出以超短腔DBR光纤激光器为核心元件的传感测量研究，显著提高了激光器的输出稳定性；并利用激光输出的两个正交偏振模式之间的相干拍频，将波长测量转化为频率测量，通过成熟的电信号频率检测技术极大提高了检测精度。研究小组在他人的研究基础上，根据光纤扭转对其本征双折射的调制机理，实现了高精度的光纤扭转测量；同时根据对拍频变化周期的测量，能准确地得到扭转发生的位置，实现分布式测量，对于工程结构健康监测领域中的形变检测具有重要意义，相关研究结果发表在Optics Express上。进一步的，研究小组将此传感器应用拓展到生物医学领域，提出基于超短腔DBR光纤激光器作为传感元件的人体呼吸、脉搏等测量技术，利用光纤横向作用力与其双折射之间的线性关系，结合力学传感结构，能够实时、准确地获得待测者的呼吸幅度、呼吸频率、脉搏频率和重搏波等重要信息，从而分析其生理状况。该研究对于无源、小型化的光纤传感器在生物医学领域的应用具有一定的指导意义，相关结果发表在Journal of Biomedical Optics上。同时，研究小组对环形腔光纤激光器的传感测量
机理及应用也进行了深入研究，孙琪真副教授和硕士生戴怡提出了一种基于双环腔单纵模光纤激光谐振拍频解调的高精度传感技术，将两只相移光纤光栅作为超窄带滤波器平行放置于环形腔光纤激光器中，从而形成稳定的双波长单纵模激射并产生相干拍频，测量输出电信号的频谱漂移，即可实现应变、温度等的超高精度探测。进一步的，将两只相移光纤光栅分别作为液位检测的传感单元及参考单元，结合浮子式机械结构设计将液位变化通过浮力转化为传感光栅的波长漂移，利用该激光传感技术可以实现1.5mm测量范围内，测量灵敏度高达2.12×107MHz/m，液位检测分辨率可达0.295μm，并具有自动温度补偿等优点。相关研究成果发表在Optics Express上，由此技术研制的光纤水管仪可达10-8量级的测量精度，对于重大工程防震减灾及信息科学等领域具有科学意义。
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