光纖光柵傳感解調研究取得新進(jìn)展

　　上世紀90年代以來(lái)，基于布拉格光柵的光纖傳感技術(shù)受到科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，并進(jìn)行了大量的研究。雖然目前大規模、快速且廉價(jià)的光柵制作技術(shù)及其工藝已經(jīng)成熟，可是但是較為昂貴的光學(xué)解調設備仍然限制了其在工業(yè)、化工以及建筑物結構檢測等一系列重要領(lǐng)域的廣泛應用。另外，相對于傳統光域解調的方法，利用光學(xué)濾波器將光柵波長(cháng)的漂移轉化為功率的變化的解調方法具有廉價(jià)、簡(jiǎn)單、響應速度快等優(yōu)勢。

　　此前，光通信與光網(wǎng)絡(luò )系夏歷副教授帶領(lǐng)的研究組采用交叉高斯濾波方法實(shí)現光纖光柵的傳感解調，研究結果已發(fā)表在Optics Letters期刊上(Vol. 40, Iss. 8, pp. 1760-1763)。隨著(zhù)研究的深入，發(fā)現該方法還存在兩個(gè)方面的缺點(diǎn)：一是需要額外增加兩個(gè)高斯濾波特征的濾波器，增添了系統的復雜度;二是采用的寬光譜光源功率譜密度較小，使得傳感解調距離和范圍受限。

　　因此，該研究小組在近期的工作中又進(jìn)一步設計出一種基于雙波長(cháng)窄線(xiàn)寬激光入射的弱光纖光柵傳感陣列解調方法(圖1)。在解調系統的輸入端，利用兩個(gè)具有一定中心波長(cháng)間隔的激光入射。利用弱反射光纖光柵自身高斯譜型特征并加以功率差檢測，恰好可以得到一個(gè)線(xiàn)性的布拉格波長(cháng)到功率差的轉換(圖2)。并且它們線(xiàn)性關(guān)系的斜率可以簡(jiǎn)單的通過(guò)控制雙波長(cháng)激光的波長(cháng)間隔來(lái)進(jìn)行調節。此種方法并不像高斯匹配濾波方法那樣對于濾波器的濾波特性有要求，所以整個(gè)解調系統較為簡(jiǎn)單。根據目前的窄線(xiàn)寬激光，光源輸出功率能輕松達到10dBm以上，該方法在沒(méi)有中繼放大的條件下，能夠支持長(cháng)達50km以上的傳感解調距離，以及能夠達到一根光纖上多達數百根弱反光柵同時(shí)解調的效果?？梢灶A測該方法將在布拉格光柵準分布式傳感網(wǎng)絡(luò )各個(gè)領(lǐng)域中有著(zhù)非常好的應用前景。

　　該研究成果“雙波長(cháng)差分解調弱光纖光柵傳感器” (Interrogation of weak Bragg grating sensors based on dual-wavelength differential detection)在2016年11月9日發(fā)表于Optics Letters (Vol. 41, Iss. 22, pp. 5254-5257 )。

　　該項工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項目(61675078)的資助。

　　圖二： 實(shí)驗結果 (a): 弱反光柵光譜及入射雙波長(cháng);(b)：初始時(shí)域波形;

　　(c): 不同應力條件下第6根光柵的放大響應譜;(d)：兩個(gè)波長(cháng)上的反射強度分布;(e)：(d)中數據相減后的結果