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线性啁啾光栅的分段变迹优化和基于自适应遗传算法的光栅重构

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光电子．激光 2018年第1期29卷 28-33页

作者：孙瑞霞赵发李炜安徽工程大学电气传动与控制安徽省重点实验室安徽芜湖241000

针对线性啁啾光栅存在的反射谱顶部有震荡、中心谱两侧出现旁瓣、群时延线性度差和色散曲线不够平稳等问题,在特性分析的基础上,提出分段变迹优化方法,探寻了有效的变迹函数和最佳分段比例。对光栅的时延和反射谱特性进行综合表征,从综... 详细信息

针对线性啁啾光栅存在的反射谱顶部有震荡、中心谱两侧出现旁瓣、群时延线性度差和色散曲线不够平稳等问题,在特性分析的基础上,提出分段变迹优化方法,探寻了有效的变迹函数和最佳分段比例。对光栅的时延和反射谱特性进行综合表征,从综合指标出发进行光栅重构,提出一种基于自适应遗传算法(IGA)的重构方法,并在算子和算法方面进行深入探索。结果表明,分段变迹后群时延线性区域增大,色散曲线更平稳,同时有效降低了变迹造成的带宽压缩程度。此重构方法十分有效,重构后的光栅长度、调制深度和啁啾系数误差分别为0.04%、0.532%和0.31%。重构的反射谱、时延曲线均与实际结果基本吻合。还可以根据不同实际应用的要求进行重构,因此实用性更好。

关键词：啁啾光栅优化分段变迹参数重构综合指标自适应

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基于多项式函数切趾的啁啾光栅光谱谱形控制

基于多项式函数切趾的啁啾光栅光谱谱形控制

作者：史维鹏深圳大学

学位级别：硕士

利用三角形谱啁啾光纤光栅实现的边沿滤波解调系统,具有成本低,且性能不受机械元件和光源稳定性等因素影响的优点。但要得到符合要求的三角谱光栅,需要对其谱形进行控制,使其带宽,反射率以及线性度等满足场景应用需求。我们提出,现有的... 详细信息

利用三角形谱啁啾光纤光栅实现的边沿滤波解调系统,具有成本低,且性能不受机械元件和光源稳定性等因素影响的优点。但要得到符合要求的三角谱光栅,需要对其谱形进行控制,使其带宽,反射率以及线性度等满足场景应用需求。我们提出,现有的谱形控制技术均可以分为光栅光谱“重构”与光栅“制作”两部分。这里的“重构”指的是由目标谱形得到折射率调制量分布的过程,即理论设计;“制作”指的是根据“重构”结果实际搭建光栅刻写平台得到符合要求的啁啾光栅的过程,即实际刻写。而在光栅“制作”阶段,前人提出了一种激光束匀化后,采用三角形切趾板控制光纤不同位置处曝光光强的方法进行制作,增加了一次可曝光的光纤长度,从而提升了制作效率。然而三角形切趾板对应的线性切趾函数并非由光谱“重构”算法得到的折射率调制量分布推导得出,因此与目标光谱的真实折射率调制量分布差距较大,得到的光栅光谱有明显的波纹震荡。因此,需要借助高斯切趾板二次曝光,对其进行优化。针对该问题,本研究力图通过光栅“重构”算法得到三角形谱对应的多项式切趾函数,并进而加工对应的切趾掩模板的方法,实现啁啾光栅的谱形控制。本论文具体内容如下:（1）前人研究指出,CEO算法作为一种设计精度较高的光栅“重构”算法,能够得到目标光谱较为准确的折射率调制量分布。但在采用切趾掩模板曝光法进行“制作”时,光栅的折射率调制量分布受切趾板对应的切趾函数控制。因此本文提出,此时的光谱“重构”应进一步包含将CEO算法所得到的离散折射率调制量分布转化为连续切趾函数的过程。具体说来:从目标光谱的参数及形状出发,借助CEO算法得到离散的折射率调制量分布;其次,在折射率调制量分布平滑化后进行多项式函数拟合得到其对应的切趾函数。利用该方法得到了目标谱带宽7nm,最大反射率97%的三角谱啁啾光栅的切趾函数。最后,利用传输矩阵法进行模拟仿真,得到其设计谱参数为带宽7nm,最大反射率93.4%。除最大反射率略有下降外,光谱形状与目标谱基本保持一致,相对误差为1.17%,理论上验证了该方法可行性。（2）为了进一步的验证该切趾函数,设计和加工对应的切趾掩模板,利用该切趾掩模板控制光纤不同位置处的光强实现光栅的“制作”,最终制得的光栅带宽为7nm,最大反射率为92.7%,且具有良好的线性度,与设计结果能较好地吻合,说明该方法所得到的切趾函数能实现三角谱啁啾光栅的谱形控制。由于本研究所涉及到的切趾函数是根据严格的光谱“重构”算法所得,因此无需使用高斯切趾板进行二次曝光优化光谱,进而简化了光栅制作流程。本研究内容在推动三角谱啁啾光纤光栅的量产,进而促进边沿滤波解调系统的工程应用进度方面具有一定的现实意义。

关键词：啁啾光栅谱形控制光谱重构切趾掩模板

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涡旋阵列光场与啁啾光栅的制作

涡旋阵列光场与啁啾光栅的制作

作者：卢城臻山东师范大学

学位级别：硕士

光学涡旋具有特殊相位分布、螺旋型的波前并携带轨道角动量,使其在光学微操纵、光通信等众多领域得到广泛运用。涡旋阵列光场是指多个涡旋光束按不同排列方式形成的特定涡旋结构,阵列光场可以提供各种功能的光阱,涡旋阵列光场具有多个... 详细信息

光学涡旋具有特殊相位分布、螺旋型的波前并携带轨道角动量,使其在光学微操纵、光通信等众多领域得到广泛运用。涡旋阵列光场是指多个涡旋光束按不同排列方式形成的特定涡旋结构,阵列光场可以提供各种功能的光阱,涡旋阵列光场具有多个相位奇点,不仅能增强信息传输容量,还能在光镊中增加微粒捕获和观察的数量。涡旋光束应用于光镊不仅可以提高对微粒的俘获效率,而且所携带的轨道角动量可以传递给吸收性的微粒并驱动微粒旋转,广泛应用于生物医学、材料科学以及原子物理等领域。啁啾光栅是指光栅周期不均匀的光栅,啁啾布拉格光栅有着高效频谱响应和很强的色散能力,在超短脉冲压缩与展宽等领域有着广阔的应用前景。本论文主要的研究内容如下:1.由多个单涡旋光束按不同排列方式生成多种涡旋阵列光场,呈线性排列分布、矩形排列、径向排列分布。这种涡旋阵列光场的排列方式,阵列单元的数目,相邻涡旋光束之间的距离、夹角,还有每个涡旋的坐标位置和拓扑荷数都根据实验的需求灵活设计,并通过实验获得涡旋阵列光场,实验装置简单容易操作。2.利用对称分布同一个圆上的六束平面波,初始相位构成完整涡旋相位,整体涡旋相位取不同拓扑荷时,六束平面相干涉生成多种形式的二维周期阵列光场。二维阵列光场与圆心处沿z轴平面波相干涉,产生各种三维阵列光场。拓扑荷为0时生成六边型三维阵列光场,拓扑荷为1时生成涡旋型三维阵列光场,拓扑荷数为2时生成Kagome型三维阵列光场,拓扑荷数为3时生成蜂窝型三维涡旋阵列光场。其中六边型和蜂窝型三维阵列光场具有高强度光包围空心光束,涡旋型三维光场是一种密集型涡旋阵列光场,均可用于多光阱操控技术。3.分别用涡旋波片和全息技术产生涡旋光束,并实验用于光镊,通过高倍物镜聚焦实现对二氧化硅微粒在环形光阱捕获,光子将携带的轨道角动量传递给微粒,驱动微粒绕环形轨道旋转。4.激光经柱面透镜聚焦成的长条光束入射到LiNbO:Fe晶体上,观察o光和e光的条状光束入射到晶体上时的散射光,研究了散射光随光条与光轴夹角的变化规律。在晶体中生成的周期不均匀啁啾光栅,该啁啾布拉格光栅是左右轴对称的啁啾光栅,并布满整个晶体。

关键词：涡旋光束涡旋阵列光学微操纵光折变效应啁啾光栅

外贴啁啾光栅监测带双缺口复合材料静态拉伸损伤

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中国激光 2012年第11期39卷 59-62页

作者：卢少微张海军李朝华王继杰沈阳航空航天大学航空航天工程学部辽宁省光纤传感工程技术研究中心辽宁沈阳110136

啁啾光栅对沿其纵向的非均匀应变分布十分敏感,这种特性会反映在啁啾光栅的反射光谱图中。提出了一种利用外贴啁啾光栅监测带双缺口碳纤维复合材料损伤的新技术。实验结果表明,复合材料结构静态拉伸应变为4500με与8500με时,啁啾光... 详细信息

啁啾光栅对沿其纵向的非均匀应变分布十分敏感,这种特性会反映在啁啾光栅的反射光谱图中。提出了一种利用外贴啁啾光栅监测带双缺口碳纤维复合材料损伤的新技术。实验结果表明,复合材料结构静态拉伸应变为4500με与8500με时,啁啾光栅反射光谱变化明显,这与复合材料应力-应变关系曲线在应变8000με时产生突变完全吻合,同时光栅反射光谱光强突变点位置与光栅几何位置完全一致,可实现对复合材料缺口位置损伤的定位及扩展监测。

关键词：测量啁啾光栅带双缺口复合材料反射光谱损伤

基于线性啁啾光栅简化设计和频率-时间映射理论的任意波形产生技术研究

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中国激光 2021年第20期48卷 85-98页

作者：李敏牟宏谦王目光韦新航官祥帅北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室北京100044

基于频率-时间映射理论,提出一种简单、全光纤任意波形产生方法。该方法简化了具有任意反射谱的线性啁啾光栅设计方法,结合啁啾光栅的色散特性,能够实现用户定义的任意波形脉冲信号。利用由传输损耗公式推导的折射率调制幅度与光栅反射... 详细信息

基于频率-时间映射理论,提出一种简单、全光纤任意波形产生方法。该方法简化了具有任意反射谱的线性啁啾光栅设计方法,结合啁啾光栅的色散特性,能够实现用户定义的任意波形脉冲信号。利用由传输损耗公式推导的折射率调制幅度与光栅反射率的关系,可实现具有任意形状反射谱的啁啾光栅的逆向设计;微调折射率调制幅度伸缩因子和折射率调制顶点的归一化光谱位置可优化反射谱形状,在保证高反射率的情况下(≥90%),设计误差可降低至10%以下。阐明啁啾光栅色散特性引入的频率-时间映射关系,将设计的光谱形状映射到时域波形,改变光栅设计参数,可灵活控制输出脉冲的形状和脉宽。基于Matlab和Optisystem仿真软件,以常用重要波形(三角形、锯齿形、矩形、梯形、高斯型、抛物型脉冲)为例验证了系统的可行性。该方法简单灵活,对任意波形产生和应用研究具有一定的参考价值。

关键词：光通信任意波形产生频谱整形频率-时间映射啁啾光栅三角形滤波器

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宽带啁啾光纤光栅F-P腔磁场传感器研究

传感器与微系统 2019年第11期38卷 54-57,61页

作者：吴梓楠唐冬林张旭辉代志勇西南石油大学机电工程学院石油天然气装备教育部重点实验室四川成都610500 电子科技大学光电信息学院光电传感与信息处理重点实验室四川成都610054

提出了一种结合反射光谱分析方法的全光纤微弱磁场传感器。利用两个啁啾光栅间隔一段距离构成一个全光纤的啁啾光栅F-P腔,将其粘贴在超磁致伸缩材料的表面构成一个磁换能器;采用条纹计数法对F-P腔的输出反射光谱进行解调,获得在外部磁... 详细信息

提出了一种结合反射光谱分析方法的全光纤微弱磁场传感器。利用两个啁啾光栅间隔一段距离构成一个全光纤的啁啾光栅F-P腔,将其粘贴在超磁致伸缩材料的表面构成一个磁换能器;采用条纹计数法对F-P腔的输出反射光谱进行解调,获得在外部磁场的作用下啁啾光栅F-P腔的腔长变化,从而实现对磁场的传感测量。实验结果表明:测量误差平均值为0.43 μT,方差为0.3 μT,系统的相位灵敏度为 1.62 rad/μT 。提出的光纤微弱磁场传感器具有体积小、响应快、响应带宽大、可多点组网等优势,在未来微弱磁场的测量中有着巨大的应用价值。

关键词：微型磁场传感器啁啾光栅法布里-珀罗腔条纹计数法磁换能器

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基于啁啾光栅串随机反馈的光纤激光器

基于啁啾光栅串随机反馈的光纤激光器

作者：郭子杨中国计量大学

学位级别：硕士

随机激光器具有与众不同的反馈机制和输出性能,在照明、成像和传感领域存在一定潜在应用,因此被大家所持续关注。随着低损耗光纤的出现和光纤技术的持续发展,通过降低随机系统的维度以获得更好的激光输出进入大家的视线,光纤随机激光器... 详细信息

随机激光器具有与众不同的反馈机制和输出性能,在照明、成像和传感领域存在一定潜在应用,因此被大家所持续关注。随着低损耗光纤的出现和光纤技术的持续发展,通过降低随机系统的维度以获得更好的激光输出进入大家的视线,光纤随机激光器关注度应运而来。近年来,研究人员提出并实现了基于不同的机制反馈、不同结构的随机光纤激光器。但是大多数随机光纤激光器都需要较长距离的光纤来进行反馈,并且需要较高的泵浦功率。因此在短距离光纤上实现低阈值的激光输出是光纤随机激光器发展的趋势之一。本文首次提出了基于低反啁啾光栅串随机反馈的光纤激光器,提出并成功获得了两种不同方式下的随机激光输出。首先,成功在单模光纤和掺饵光纤上刻写相邻光栅啁啾方向相反的啁啾光栅串。在单模光纤上刻写了三组,光栅个数分别为10个,20个,30个。在掺饵光纤上刻写了一组,光栅个数为16个。其次,提出并实现了基于单模光纤上啁啾光纤光栅串反馈的随机光纤激光器。在980nm半导体激光器的泵浦下,以单模光纤上的光纤啁啾光栅串作为随机反馈部分,另一端高反啁啾光栅作为宽带滤波,增益部分为掺饵光纤,成功实现了阈值为36mW的多波长激光输出,并研究了随机激光输出性能与泵浦功率的关系以及其在时间上的稳定性。同时,还提出并实现了基于掺饵光纤上啁啾光纤光栅串反馈的随机光纤激光器。在980nm半导体激光器的泵浦下,通过掺饵光纤上刻写的光纤啁啾光栅串作为反馈部分,掺饵光纤作为增益,通过分布式反馈和随机点增益同时进行的方式,成功实现了多波长激光输出。激光器的阈值为15mW,斜率效率为2.0%,同时分析了激光输出性能与泵浦功率关系以及其时间稳定性。

关键词：光纤随机激光器短距离光纤啁啾光栅掺饵光纤

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啁啾光栅门式起重机索力检测系统的研究

啁啾光栅门式起重机索力检测系统的研究

作者：何顺帆武汉理工大学

学位级别：硕士

光纤光栅传感器是利用光栅波长对温度,应变敏感的特性而研制的一种光纤传感器,除具有传统电类传感器的功能外,还具有抗电磁场干扰,测量范围广,动态范围大,稳定性好等优点,被广泛应用于大型复合材料和混凝土的结构监测和电力、石油和化... 详细信息

光纤光栅传感器是利用光栅波长对温度,应变敏感的特性而研制的一种光纤传感器,除具有传统电类传感器的功能外,还具有抗电磁场干扰,测量范围广,动态范围大,稳定性好等优点,被广泛应用于大型复合材料和混凝土的结构监测和电力、石油和化工领域过程的监控。光纤啁啾光栅FCG (Fiber Chirped gratting)传感器使用反射光强作为被调制信号,使其较布拉格光栅FBG解调成本低,速度快,目前已被用于测量震动,应力等。然而,对于FCG的光强信号,光源输出光功率波动和传输光路由于震动产生的弯曲衰减是两个主要的干扰。因此当进行长稳态信号测量时,其零点漂移问题严重,需要频繁进行零点校正。针对门式起重机索力测量的特点,本文采用了啁啾光栅传感技术进行对其检测。重点采用光强比值法针对FCG光强解调进行了改进,弥补了啁啾光栅在测量稳态信号时的一些缺陷,拓宽了啁啾光栅的应用领域。本文首先介绍了啁啾光栅的光学原理以及门式起重机索力检测的传感体结构以及检测方法。在此基础上介绍了FCG光强比值的解调方法,并对该方法在FCG光强解调的应用进行了理论上的分析,并设计和搭建了光路。通过实验验证,光源功率变化3dB时,信号比值的波动为1.5%左右。为实现FCG光强比值解调,本文以意法半导体公司的ARM处理器为核心,以模块化的设计思想从硬件与软件两个方面详细的介绍了光强比值解调系统的设计;使用LabVIEW完成上位机监控与数据保存软件,其界面友好,操作方便。整个系统在门式起重机索力检测的模拟实验中得到如下结果：在0至3吨的测量范围里,线性拟合度为99.67%,满量程误差为1.82%,优于电阻应变片式传感器在此应用中的3%的精度指标要求。本人所做的主要工作为： ①对啁啾光栅进行了认真的学习与研究,根据其传感原理对整个啁啾光栅传感系统的光路进行了创新性的改进和设计。 ②根据本应用的测量信号特点以及测量方法,针对性地选择了各个模块的IC并完成了解调系统的硬件设计。 ③根据硬件部分的组成,完成了嵌入式部分的软件设计。同时完成了上位机软件,使用者可以方便的在PC机上对其工作状态进行监控和数据调用。

关键词：啁啾光栅光强比值索力检测

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啁啾光栅解调的FBG传感阵列系统研究

仪器仪表学报 2006年第z2期27卷 1677-1678页

作者：吴朝霞李志全吴飞宋爱娟燕山大学电气工程学院秦皇岛066004 东北大学秦皇岛分校自动化系秦皇岛066004

本文针对分布式Bragg光栅测量系统解调速度慢的问题,利用Bragg光栅在均匀啁瞅光栅中产生时延的线性关系,提出负载波相位调制技术和啁啾光纤光栅相结合的方法,将波长变化转变为相位变化实现波长信号的解调。实验表明该解调方案有效可行,... 详细信息

本文针对分布式Bragg光栅测量系统解调速度慢的问题,利用Bragg光栅在均匀啁瞅光栅中产生时延的线性关系,提出负载波相位调制技术和啁啾光纤光栅相结合的方法,将波长变化转变为相位变化实现波长信号的解调。实验表明该解调方案有效可行,且可获得较高的测量精度和响应速度。

关键词：啁啾光栅时延分布式解调 Bragg光栅阵列