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小型化光纤光栅解调系统设计及寻峰算法的模拟评测

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应用光学 2020年第3期41卷 618-625页

作者：孙杉杉杨雄王海勇姜亚军杨德兴上海航天设备制造总厂有限公司上海200245 西北工业大学理学院陕西西安710129

为实现光纤布拉格光栅(FBG)反射光谱信号的实时监测,基于全固态光谱模块设计了用于解调FBG信号的硬件系统和软件架构,编写了上位机软件,嵌入了不同的寻峰算法,可适用于不同噪声环境下中心波长的计算,以减少由算法带来的波长误差。软件... 详细信息

为实现光纤布拉格光栅(FBG)反射光谱信号的实时监测,基于全固态光谱模块设计了用于解调FBG信号的硬件系统和软件架构,编写了上位机软件,嵌入了不同的寻峰算法,可适用于不同噪声环境下中心波长的计算,以减少由算法带来的波长误差。软件还包括数据采集、存储及回放等功能。以高斯拟合寻峰算法为例,提出了一种不依赖硬件设备对寻峰算法进行模拟评测的方法,提高了这类光谱解调系统的开发效率。采用叠加了不同噪声水平的理想FBG反射谱进行模拟评测实验,结果表明,阈值取为噪声平均幅值的2倍时可获得最佳的寻峰结果,且寻峰误差与采集数据的信噪比(SNR)和光谱峰宽成反比。运用高斯拟合寻峰算法对硬件系统实际采集的FBG反射谱数据进行寻峰计算,所得系统精度为5.89 pm,与模拟评测结果的误差小于1.7 pm,验证了模拟评测的可行性。

关键词：光纤布拉格光栅光纤光栅解调系统寻峰算法模拟评测高斯函数

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嵌入式技术在光纤光栅解调系统中的应用

光电子技术 2005年第3期25卷 198-200页

作者：陆竞晓姜德生高雪清熊浩宇罗铁亮武汉理工大学光纤传感技术研究中心武汉430070

现今嵌入式技术已广泛应用于工业控制、仪器仪表、移动通信、信息家电、环境监测等众多领域,考虑到光纤光栅解调系统在实际应用中的需要,提出了一种以嵌入式系统为核心的光纤光栅解调系统,并具体介绍了该系统的解调原理、硬软件设计以... 详细信息

现今嵌入式技术已广泛应用于工业控制、仪器仪表、移动通信、信息家电、环境监测等众多领域,考虑到光纤光栅解调系统在实际应用中的需要,提出了一种以嵌入式系统为核心的光纤光栅解调系统,并具体介绍了该系统的解调原理、硬软件设计以及相关信号数据的处理。

关键词：嵌入式技术光纤光栅解调系统应用

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自适应高精度光纤光栅解调系统设计方法

自适应高精度光纤光栅解调系统设计方法

中国声学学会2017年全国声学学术会议

作者：李博郝凤欢刘鹏飞船舶重工集团公司第七一五研究所

＜正＞0引言光纤光栅传感器由于其体积小、重量轻、耐腐蚀、灵敏度高、不受电磁干扰、成本低、易于集成等优点,已被应用于光纤温深链、光纤温深剖面仪、光纤水听器等,在海洋水文监测、水声监测及非声反潜探测等军、民用领域有广阔的应... 详细信息

＜正＞0引言光纤光栅传感器由于其体积小、重量轻、耐腐蚀、灵敏度高、不受电磁干扰、成本低、易于集成等优点,已被应用于光纤温深链、光纤温深剖面仪、光纤水听器等,在海洋水文监测、水声监测及非声反潜探测等军、民用领域有广阔的应用前景。光纤光栅传感器是利用光纤光栅反射光波长随温度、应力变化的特性,实现物理量的测量,因此光纤光栅反射光波长的解调方法是光纤光栅传感技术的核心技术,波长的测量精确性决定了传感

关键词：光纤光栅解调系统结构设计光路模块电路模块软件开发

来源： cnki会议评论

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基于频谱分区的高精度光纤光栅波长解调系统

中国激光 2015年第4期42卷 98-103页

作者：杨刚许国良涂郭结夏岚南京大学光通信工程研究中心江苏南京210093

设计了一种基于频谱分区的高精度光纤光栅波长解调系统。在传统的法布里-珀罗滤波器法中加入法布里-珀罗标准具动态校准滤波器的波长读取值,很好地消除了由滤波器调谐的温度漂移和蠕动引起的测量误差;同时利用标准具及放大自发辐射(ASE... 详细信息

设计了一种基于频谱分区的高精度光纤光栅波长解调系统。在传统的法布里-珀罗滤波器法中加入法布里-珀罗标准具动态校准滤波器的波长读取值,很好地消除了由滤波器调谐的温度漂移和蠕动引起的测量误差;同时利用标准具及放大自发辐射(ASE)光源特性进行频谱分区解调,大大降低了滤波器调谐时非线性的影响,使得解调系统具有很高的解调精度和很好的稳定性。实验结果表明,系统的稳定性为0.97 pm,分辨率达到了0.33 pm,温度解调线性度为0.9999。

关键词：光纤光学光纤光栅解调系统可调谐法布里-珀罗滤波器法布里-珀罗标准具频谱分区解调

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基于FPGA的光纤光栅动态解调系统研制

基于FPGA的光纤光栅动态解调系统研制

作者：田园山东大学

学位级别：硕士

随着光纤传感技术的发展,光纤光栅传感器的种类越来越多,应用范围也越来越广泛。光纤光栅传感器的发展也极大推动了光纤光栅解调系统的发展,基于不同解调原理的解调系统相继得到研制。但是针对一些动态测量信号,现有解调系统存在价格昂... 详细信息

随着光纤传感技术的发展,光纤光栅传感器的种类越来越多,应用范围也越来越广泛。光纤光栅传感器的发展也极大推动了光纤光栅解调系统的发展,基于不同解调原理的解调系统相继得到研制。但是针对一些动态测量信号,现有解调系统存在价格昂贵、性能表现不佳等不足,因此研制一款解调精度高、解调范围广、解调频率合适的解调设备具有十分重要的意义。由于半导体激光器的发展,基于可调谐半导体激光器的光纤光栅解调系统在最近几年成为研究热点。本文通过对现有解调方法的调研,分析了不同解调系统的优势和不足。为满足光纤光栅传感器解调需求,提出了一种以可调谐激光器为核心的光纤光栅解调系统的设计方案,核心控制芯片采用FPGA,主要研究内容包括:解调系统的光路系统设计和搭建,解调系统硬件电路设计与实现,解调系统上位机软件编写。首先,介绍可调谐激光器法实现传感器波长解调的原理和过程,并设计了光纤光栅解调系统的整体实现方案。搭建解调系统的光路结构,利用1X4耦合器模块实现解调系统四通道同时解调的指标。其次,完成解调系统的硬件电路设计与软件实现,包括电源模块设计、FPGA控制器模块设计、可调谐激光器输入电流电路分析设计、可调谐激光器温度控制电路设计、串口和网卡通信电路设计以及光电转换电路设计。为了尽可能提高解调系统的解调速度,电子器件选择高速元器件。软件方面,针对硬件电路模块,编写基于Verilog语言的控制程序,实现各个硬件电路模块正常工作和整体解调功能。同时,设计基于C++的解调系统的上位机软件,实现解调数据的显示和存储等功能。最后,针对研制的解调系统,进行相关的性能测试实验,包括验证解调系统的解调范围,解调精度,解调稳定性以及解调频率。实验证明自制解调系统性能优良,解调范围1525nm-1565nm,解调精度误差±3pm,解调稳定性达到±1pm,解调速度达到1 kHz。综上,本文在对光纤光栅解调系统国内外现状的研究基础上,研制了基于可调谐半导体激光器的光纤光栅解调系统,完成了解调系统的光路设计搭建,硬件电路设计实现,软件设计和上位机实现,经过相关性能测试实验验证,解调系统拥有较为理想的解调性能。

关键词：光纤光栅解调系统可调谐激光器 FPGA 性能测试实验

用于FBG解调的AWG芯片的设计、仿真与制备

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半导体光电 2024年第1期45卷 69-73页

作者：李姝锋袁配黎婷李丙祥许然杨奕瑶祝连庆北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100016 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016

设计、仿真并制备了一种用于光纤布拉格光栅(FBG)解调的阵列波导光栅(AWG)芯片。该芯片基于SOI衬底进行制备,并在AWG的输入/输出波导、阵列波导与平板波导之间采用双刻蚀结构进行优化。经仿真,该AWG的插入损耗为1.5 dB,串扰小于-20 dB,3... 详细信息

设计、仿真并制备了一种用于光纤布拉格光栅(FBG)解调的阵列波导光栅(AWG)芯片。该芯片基于SOI衬底进行制备,并在AWG的输入/输出波导、阵列波导与平板波导之间采用双刻蚀结构进行优化。经仿真,该AWG的插入损耗为1.5 dB,串扰小于-20 dB,3 dB带宽为1.5 nm。优化后的AWG芯片采用深紫外光刻技术、电感耦合等离子体等技术制备。经测试,该AWG的插入损耗为3 dB,串扰小于-20 dB,3 dB带宽为2.3 nm。搭建了基于该AWG的解调系统,解调实验结果表明,该系统在0.8 nm范围内的解调精度可达11.26 pm,波长分辨率为6 pm。

关键词：阵列波导光栅绝缘体上硅光纤传感光纤光栅解调系统光子集成

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基于FPGA的光纤光栅解调技术研究

基于FPGA的光纤光栅解调技术研究

作者：陶杰华北电力大学（河北）

学位级别：硕士

在调研了国内外关于光纤光栅解调系统研究现状的基础上,针对可调谐F-P滤波器光纤光栅解调方案,设计出了以FPGA为核心的硬件传感控制系统并完成了对数据的接收和发送、液晶、键盘的编程控制。本系统硬件主要由A/D高速采集信号电路、D/A... 详细信息

在调研了国内外关于光纤光栅解调系统研究现状的基础上,针对可调谐F-P滤波器光纤光栅解调方案,设计出了以FPGA为核心的硬件传感控制系统并完成了对数据的接收和发送、液晶、键盘的编程控制。本系统硬件主要由A/D高速采集信号电路、D/A信号转换电路、键盘电路、液晶电路、以太网口电路等外围电路组成。在软件设计方面,主要涉及SOPC Builder定制嵌入式NIOS II CPU、DSP Builder定制的FIR低通滤波器和VHDL语言编写的锯齿波、同步脉冲发生器以及其它数字电路。最后通过对系统采集来的数据进行详细分析,给出了对系统的诸多改进方法。

关键词：光纤光栅解调系统 SOPC 以太网 VHDL

用于FBG解调的阵列波导光栅设计与性能分析

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激光与光电子学进展 2021年第9期58卷 349-356页

作者：张咸休王存义袁配张东亮王永千北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京卫星制造厂有限公司机械产品事业部北京100190

首先从理论上详细分析阵列波导光栅的串扰、插入损耗和带宽对解调系统的动态范围、波长分辨率及解调精度的影响。结果表明,带宽越大,解调系统的动态范围越大,但波长分辨率会有所下降;串扰越小,解调精度越高。然后从理论上研究影响阵列... 详细信息

首先从理论上详细分析阵列波导光栅的串扰、插入损耗和带宽对解调系统的动态范围、波长分辨率及解调精度的影响。结果表明,带宽越大,解调系统的动态范围越大,但波长分辨率会有所下降;串扰越小,解调精度越高。然后从理论上研究影响阵列波导光栅输出光谱带宽的因素,如阵列波导光栅的衍射级数、阵列波导数及喇叭口宽度等。结果表明,当阵列波导数越小和锥形波导的开口宽度越大时,则阵列波导光栅的通带带宽越大。最后设计一款基于2%折射率差二氧化硅材料体系的阵列波导光栅,其具有带宽宽、损耗低和串扰低等特点,为基于阵列波导光栅的光纤光栅解调系统的研究提供理论指导,并指明器件及系统的优化方向。

关键词：光学器件阵列波导光栅光纤光栅解调系统相对光强解调光子集成

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硅基集成多通道高性能阵列波导光栅的研究

硅基集成多通道高性能阵列波导光栅的研究

作者：高文滔天津工业大学

学位级别：硕士

阵列波导光栅解调法是一种用于光纤布拉格光栅(FBG)中心波长解调的新型解调方法。相比于传统的FBG解调方法,阵列波导光栅解调法具有解调精度高,响应速度快等独特优势。作为阵列波导光栅解调系统中的核心器件,阵列波导光栅的尺寸和性能... 详细信息

阵列波导光栅解调法是一种用于光纤布拉格光栅(FBG)中心波长解调的新型解调方法。相比于传统的FBG解调方法,阵列波导光栅解调法具有解调精度高,响应速度快等独特优势。作为阵列波导光栅解调系统中的核心器件,阵列波导光栅的尺寸和性能直接决定了整个解调系统的集成度和解调效果。传统阵列波导光栅尺寸较大、成本较高,使得它不能满足阵列波导光栅解调系统对高集成度的要求。因此,我们迫切需要一种具有超小尺寸的低损耗、低串扰的阵列波导光栅,以满足阵列波导光栅解调系统对高集成度和高性能的要求。本文对基于SO1的不同阵列波导数、马鞍／传统型的低损耗低串扰的超小尺寸1×16、1×32阵列波导光栅进行了研究。首先分析了阵列波导光栅的结构组成以及阵列波导光栅的基本原理,通过对衍射级数、相邻阵列波导的长度差、平板波导的焦距及自由传输区、输入输出波导间距等参数的设计与分析,基于光束传播法设计出了不同形状和尺寸的8种1×16、1×32阵列波导光栅。仿真结果表明其中16通道阵列波导光栅中马鞍型1×16阵列波导光栅,阵列波导数为40表现出良好的传输属性,器件核心尺寸为480×460μm2,串扰低于-22.4 dB,插入损耗低于-5.3 dB。32通道阵列波导光栅中马鞍型1×32阵列波导光栅,阵列波导数为40表现出良好的传输属性,器件核心尺寸为530×480 μm2,串扰低于-20.9 dB,插入损耗低于-7.9 dB。基于SOITECH公司顶层Si厚度为220nm,掩埋层SiO2厚度为2μm的SOI材料,通过新加坡微电子所的代工,完成了阵列波导光栅的制备。对所制备完成的阵列波导光栅进行了光学测试,流片测试结果表明：阵列波导数为40的马鞍形1×16阵列波导光栅在1×16阵列波导光栅中综合传输性能最优,插入损耗仅为-4.5 dB,串扰仅为-24.3 dB,损耗均匀性低于2 dB;阵列波导数为40的马鞍形1×32阵列波导光栅在1×32阵列波导光栅中综合传输性能最优,其中心26个通道插入损耗均仅为-7.1 dB,串扰仅为-22 dB。

关键词：绝缘体上硅阵列波导光栅光纤光栅解调系统串扰损耗