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新型熔锥型M-Z光纤干涉仪的研究与设计

光通信技术 2014年第7期38卷 26-28页

作者：方水平北京工业职业技术学院信息工程系北京100042

对熔锥型M-Z光纤干涉理论中的模间干涉进行了研究,给出了熔锥型Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪结构设计,采用熔锥型M-Z干涉仪进行了折射率和温度传感仿真实验。仿真结果表明,该干涉仪具有一定的实用价值。

关键词：光纤光学马赫-增德尔干涉仪熔锥折射率传感温度传感器

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3×3耦合器解调过程中的偏振分析与处理

光子学报 2019年第1期48卷 9-18页

作者：刘俊承张自超余波高峰华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206

针对马赫曾德光纤干涉结构的信号解调,理论分析了偏振衰落对3×3耦合器解调的影响,发现椭圆拟合估计法解调的关键是准确获取信号李萨如图形的椭圆表达式,从而提出了基于形态学滤波的偏振处理方法,即利用腐蚀和膨胀滤除椭圆图形中的噪声... 详细信息

针对马赫曾德光纤干涉结构的信号解调,理论分析了偏振衰落对3×3耦合器解调的影响,发现椭圆拟合估计法解调的关键是准确获取信号李萨如图形的椭圆表达式,从而提出了基于形态学滤波的偏振处理方法,即利用腐蚀和膨胀滤除椭圆图形中的噪声点,然后用边缘检测方法提取椭圆外轮廓,再用最小二乘数值估计方法求解椭圆参数,最后利用微分交叉相乘方法完成扰动信号的相位还原.仿真结果和现场实验数据证明该方法切实有效,与传统偏振处理方法相比,节省了硬件开支,有效提高了信号解调的稳定性和精确度.

关键词：光纤研究信号处理 3×3耦合器偏振衰落马赫-增德尔干涉仪

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基于光纤自混合干涉仪的振动测量及信号处理

基于光纤自混合干涉仪的振动测量及信号处理

作者：周业坤东北石油大学

学位级别：硕士

自混合干涉仪作为光学检测的常用手段,将半导体激光器作为光源使得检测成本大大降低,并且与计算机技术相结合实现物体信息的实时检测,改变了激光传统检测方法中检测设备体积大、时延、光路不简洁以及检测精度低等问题,为远距离、长周期... 详细信息

自混合干涉仪作为光学检测的常用手段,将半导体激光器作为光源使得检测成本大大降低,并且与计算机技术相结合实现物体信息的实时检测,改变了激光传统检测方法中检测设备体积大、时延、光路不简洁以及检测精度低等问题,为远距离、长周期以及强电磁干扰等条件下的振动检测提供一个新思路。相对于空间光,光纤的抗干扰能力更强、光损耗更小,将光纤与自混合干涉技术相结合可以提高干涉仪的检测精度,并且使干涉仪应用范围更加广泛。为了提高振动检测的精度、抗干扰能力以及实现干涉仪的小型化,对光纤自混合干涉仪的结构和信号处理方法进行改进。首先,为解决振动信号检测误差大的问题,提出了一种基于微球超透镜和边缘滤波器的自混合干涉仪。利用UV胶在光纤探头尖端形成微球,当微球受到来自光纤的光照射时,会出现光子纳米射流现象。光子纳米射流聚焦在目标物体表面增强目标物体到微球表面的反射光。光子纳米射流产生的倏逝场对近场表面的纳米振动检测具有重要的增强和锐化作用。在传感器末端利用马赫-曾德尔边缘滤波器将幅度调制信号转换为频率调制信号,提高信号质量,减小测量误差,并且对光学器件的小型化具有重要意义。其次,为解决振动检测设备结构复杂以及对纳米级振动检测困难等问题,利用变模态分解算法对微球超透镜自混合干涉仪的信号进行处理,以减小噪声对检测结果的影响。尤其在大噪声环境中,利用变模态分解算法进行滤波后的自混合信号具有更高的重构精度。最后,为评估基于变模态分解算法过滤的微球超透镜自混合干涉仪的性能,将该传感器应用到了家用酵母菌的呼吸振动测量中,实现了对不同活性酵母菌呼吸振动频率的检测,并且可以区分已经死亡和不同活性的酵母菌细胞,为纳米级振动检测和生物传感提供了一个潜在的工具。

关键词：自混合干涉仪振动检测光子纳米射流马赫-增德尔干涉仪变模态分解

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超短脉冲数字全息泵浦-探测系统的能量测算

光子学报 2015年第12期44卷 162-166页

作者：岳文艳杨晓苹杨勇天津理工大学电子信息工程学院天津300384 南开大学现代光学研究所教育部光电信息技术科学重点实验室天津300071

提出了一种测算探测系统所需能量最低值的方法.利用该方法分别针对子脉冲能量不均匀和子脉冲能量均匀的脉冲数字全息光路系统进行讨论,计算得到其探测系统对入射光强的能量利用率分别为41.3%和28.8%.用马赫-曾德干涉仪测出用以记录干涉... 详细信息

提出了一种测算探测系统所需能量最低值的方法.利用该方法分别针对子脉冲能量不均匀和子脉冲能量均匀的脉冲数字全息光路系统进行讨论,计算得到其探测系统对入射光强的能量利用率分别为41.3%和28.8%.用马赫-曾德干涉仪测出用以记录干涉条纹的电荷耦合器件能够有效记录全息图的能量临界值为56.7mW.根据能量临界值和入射光能量利用率反推出两种探测系统所需的最低能量分别为0.86 W和1.575 W.

关键词：全息超短脉冲马赫-增德尔干涉仪能量利用全息图

改进的MZI型Interleaver进展和研究

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光通信技术 2003年第8期27卷 44-47页

作者：余和军陈凯张婷韩军盛秋琴南开大学物理科学学院光电信息科学系天津300071

MZI型Interleaver的光谱形状、隔离度和温漂等特性是该器件实用化必须解决的问题。从器件的实用角度出发,介绍了提高MZI型Interleaver相关性能的多种方法,并分析了各种改进方案的原理、特点及现状。这些改进型结构对器件的优化设计具有... 详细信息

MZI型Interleaver的光谱形状、隔离度和温漂等特性是该器件实用化必须解决的问题。从器件的实用角度出发,介绍了提高MZI型Interleaver相关性能的多种方法,并分析了各种改进方案的原理、特点及现状。这些改进型结构对器件的优化设计具有实际的指导意义,可望用于50GHz以下信道间隔的DWDM系统中。

关键词：马赫-增德尔干涉仪 Interleaver 复用/解复用器光纤环滤波器

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基于飞秒激光直写的全光纤传感器研究

基于飞秒激光直写的全光纤传感器研究

作者：张明远哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

光纤传感器由于其重量轻、结构紧凑、抗电磁干扰等特点,适用于多种极端环境下的参量测量,成为传感领域不可缺少的重要组成部分。随着激光加工技术的进步,飞秒激光直写技术因其具有高加工率、低热影响、高精度三维加工等优势,被广泛应用... 详细信息

光纤传感器由于其重量轻、结构紧凑、抗电磁干扰等特点,适用于多种极端环境下的参量测量,成为传感领域不可缺少的重要组成部分。随着激光加工技术的进步,飞秒激光直写技术因其具有高加工率、低热影响、高精度三维加工等优势,被广泛应用于各种光纤器件的制作上。相比于传统制备加工方式,飞秒激光直写加工可以满足当前对传感器件微型化、高机械强度和全光纤化的要求,因此基于飞秒激光直写技术制备的全光纤传感器不仅具有重要的研究价值,同时也有着广阔的应用前景。本论文基于飞秒激光直写技术成功设计制备了两种全光纤传感器件,并分别进行了相应理论的分析、器件制备及传感测量。本文主要工作内容如下:1、设计并制备了纤芯内平行写入的马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)和光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)的全光纤传感器件。基于飞秒激光直写技术在单模光纤(Single Mode Fiber,SMF)纤芯内研究了不同写入尺寸对MZI的传输光谱的影响、不同写入位置对FBG的传输光谱的影响及平行写入时两者的空间距离对整体传输光谱的影响,并完成了应变与温度的同时测量。该传感器具有超紧凑的结构,并具有很好的抗环境湿度变化干扰能力,有望作为高稳定性的应变传感器使用。2、设计并制备了一种光纤定向耦合器,并将其应用于多角度的弯曲测量中。基于飞秒激光直写技术在无芯光纤中平行写入两条直波导,其中一条直波导深入到两端的SMF中起着输入和输出光的导光作用,另一条直波导贴近第一条波导,起到了耦合作用并构建了光纤定向耦合器。通过仿真对两波导宽度与间距进行了优化,并在实验上完成了制备和多方向弯曲测量工作。实验结果表明该传感器不仅可以完成弯曲大小的测量,还可以对弯曲角度进行辨别。除此之外该传感器对环境温湿度变化有着较好的抗干扰能力,结合其本身在制备上的灵活性,可以成为高精度、矢量弯曲测量系统中的候选器件。

关键词：光纤传感器飞秒激光直写马赫-增德尔干涉仪光纤布拉格光栅光纤耦合器

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新型高精度光纤加速度计系统研究

新型高精度光纤加速度计系统研究

作者：王爱萍南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文研究了一种基于马赫-增德尔(Mach-Zehnder)干涉原理的光纤加速度计系统及其加速度信号的滤波技术。同传统的加速度计相比,该光纤加速度计系统具有精度高、结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰和传输频带宽等优点,具有广阔的应用前景。同... 详细信息

本文研究了一种基于马赫-增德尔(Mach-Zehnder)干涉原理的光纤加速度计系统及其加速度信号的滤波技术。同传统的加速度计相比,该光纤加速度计系统具有精度高、结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰和传输频带宽等优点,具有广阔的应用前景。同时,将小波多分辨分析的方法用于加速度计信号的滤波处理,提高了系统的精度。本文首先对马赫-增德尔干涉型光纤加速度计的结构和工作原理进行了深入的研究。从传感原理出发,讨论并推导了光在光纤中传播时相位变化与光纤应力应变之间的关系。该光纤加速度计的工作过程为:敏感元件感受外界的加速度信号,并把它转化成马赫-增德尔干涉仪测量臂的拉伸或压缩,从而引起测量臂中的光波相位变化,相位变化量即代表被测加速度值。其次,由于输出的加速度计信号通常受到随机噪声的干扰,因此本文采用数字信号处理技术对加速度信号进行滤波处理。1/f噪声是影响光纤加速度计精度的一个重要因素,本文详细地研究了小波多分辨分析的方法及1/f噪声在小波域呈现出的某些特殊性质。在此基础上,构造1/f噪声的模型,利用Mallat算法并选取适当的阈值对加速度信号进行滤波处理,实验结果表明,该滤波方法是有效的。最后,本文从提高系统精度的角度出发,在理论分析的基础上,设计出放大电路和低通滤波电路,并利用PSpice软件对电路进行了仿真。从仿真结果看,输出信号符合设计要求,故本文所设计的电路具有一定的可行性。

关键词：光纤加速度计马赫-增德尔干涉仪信号处理小波变换多分辨分析 1/f噪声 PSpice

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基于双芯光纤的双锥角MZI型传感器的研究

基于双芯光纤的双锥角MZI型传感器的研究

作者：呼媛媛北京交通大学

学位级别：硕士

科学技术的迅速发展,经济水平的逐渐提升,以及国民对大型建筑质量问题的关注等,使得光纤传感也逐渐进入人们的视线。近年来,关于光纤传感的相关研究已涉及多个领域,并且也取得了许多的研究成果。光纤传感器与传统的电学传感器相比较有... 详细信息

科学技术的迅速发展,经济水平的逐渐提升,以及国民对大型建筑质量问题的关注等,使得光纤传感也逐渐进入人们的视线。近年来,关于光纤传感的相关研究已涉及多个领域,并且也取得了许多的研究成果。光纤传感器与传统的电学传感器相比较有众多的优点,它可以实现大范围且精度高的检测,特别是相位调制型的光纤传感器。针对这一研究热点,从马赫-增德尔干涉型(MZI)的传感结构出发,并借助于双芯光纤折射率分布的特殊性,本文以双芯光纤为载体提出一种构造新奇的双锥角光纤应力传感器。主要的研究工作如下所述:(1)简要介绍了本文研究光纤传感器的大环境和必要性,以及光纤传感器和双芯光纤当前国内外的发展近况;论述了光纤传感器的工作机理,剖析了各种类型应力传感器的优势与不足。(2)根据双芯光纤的结构特征,结合耦合模式理论剖析研究了双波导模型的耦合原理。通过MATLAB仿真软件模拟并论述双芯光纤的耦合特性,对于对称结构的双芯光纤,两纤芯的互耦合系数是一样的。而对于非对称的双芯光纤,其耦合因子的大小代表了两个纤芯耦合的强弱。(3)从光纤结构连接以及光纤间的熔接方法出发,研究并模拟双芯光纤结构参数、偏置位移的变化等对光纤传感器传输能量的分布和光谱特性的影响。对双芯光纤MZI传感原理以及应力传感原理进行分析与研究。(4)基于对拉锥结构和偏置结构的仿真分析,提出了一种基于马赫-增德尔干涉仪的双锥角双芯光纤应力传感器。通过实验分别探究了双锥角与偏置结构级联、与拉锥结构级联的应力传感特性。实验数据显示,该结构的应力传感器不仅制作简单且灵敏度较高。进一步分析实验数据,得到双锥角与偏置结构级联的传感器在波长为1716.5nm处的应力灵敏度为7.6pm/με,在波长为1446.2nm处获得了最大的消光比19.3dB,且此处的应力灵敏度为6.39pm/με。相比于其他的应力传感器,该结构的传感器性能有了很大的改善,其灵敏度约为之前提出结构的两倍左右。而双芯光纤与单模光纤锥接的传感器结构在波长1455.5nm处获得的应力灵敏度为2.66pm/με,在波长为1665.9nm处得到的灵敏度为2.36pm/με。

关键词：双芯光纤光纤应力传感马赫-增德尔干涉仪双锥角

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自发布里渊散射分布式光纤传感技术的研究

自发布里渊散射分布式光纤传感技术的研究

作者：曹冬华北电力大学（河北）

学位级别：硕士

在对自发布里渊散射的传感原理分析的基础上,论述了布里渊散射强度、频移和温度、应变的理论关系,特别论述了光纤传感系数中的布里渊频移-温度,频移-应变两个系数的推导过程。在实验室的环境下,采用布里渊光时域反射计完成了对四种光纤... 详细信息

在对自发布里渊散射的传感原理分析的基础上,论述了布里渊散射强度、频移和温度、应变的理论关系,特别论述了光纤传感系数中的布里渊频移-温度,频移-应变两个系数的推导过程。在实验室的环境下,采用布里渊光时域反射计完成了对四种光纤的应变和温度的四个传感系数的定标实验,以及特定光纤长度的应变和温度的分离实验。通过对实验数据仿真和分析,成功实现了多种光纤的传感系数比较及光纤应变和温度的分离测量。

关键词：自发布里渊布里渊光时域反射计马赫-增德尔干涉仪应变温度