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布拉格光纤光栅传感器研究进展

导读: 基于布拉格光栅的光纤传感技术自上世纪90年代后受到科学家们的广泛关注以及研究。目前虽然大规模,快速且廉价的光栅制作技术及其工艺已经成熟,可是较为昂贵的光学解调设备仍然限制了其在工业,化工以及建筑物结构检测等一系列重要领域的广泛应用。

  基于布拉格光栅的光纤传感技术自上世纪90年代后受到科学家们的广泛关注以及研究。目前虽然大规模,快速且廉价的光栅制作技术及其工艺已经成熟,可是较为昂贵的光学解调设备仍然限制了其在工业,化工以及建筑物结构检测等一系列重要领域的广泛应用。另外,相对于传统光域解调的方法,利用光学滤波器将光栅波长的漂移转化为功率的变化的解调方法具有廉价、简单、响应速度快等一些优势。可是传统线性边缘滤波器的探测方法却一直受于较小解调波长范围的缺点限制(1-20nm),使得它很难在分布式传感中有所应用。

  针对上述问题,武汉光电国家实验室、光学与电子信息学院夏历副教授领导的研究组设计出一种基于交叉高斯滤波器的解调方法(图1)。在解调端中,利用了两个具有一定中心错位的高斯特征滤波器使得两端的功率响应曲线具有同样错位的高斯特征。利用功率差检测,恰好可以得到一个线性的布拉格波长到功率差的转换(图2)。并且,它们线性关系的斜率可以简单的通过控制滤波器之间错位的大小来进行调节。由于此种方法并不像传统方法依赖于滤波器线性区域来实现线性测量,所以它在可解调的布拉格光栅波长范围上有着潜在巨大优。根据目前制作高斯滤波器的工艺水平,几百甚至几千纳米的可解调光栅波长范围是完全可以实现的。另外,该方法具有非常灵活可调节的灵敏度以及测量范围,因此它对于不同的测量应用需求有着很好的适应性。可以预测该方法在布拉格光栅的传感领域中有着非常好的应用前景。

  该研究成果“利用交叉光学高斯滤波器解调布拉格光栅传感器”(WavelengthinterrogationoffiberBragggratingsensorsbaseoncrossedopticalGaussianfilters)于2015年4月15日发表在OpticsLetters(Vol.40,Iss.8,pp.1760-1763)上。

  该项工作的得到了863计划“以电信网为基础的融合创新示范网”课题(课题编号:2011AA01A110)和华中科技大学自主创新研究基金(2014TS042)的资助。

  图一:交叉高斯滤波器解调布拉格光栅的结构示意图

  图二:(a):两端功率随着布拉格光栅波长变化的曲线。(b):两端功率变化曲线相减之后结果

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