光纖光柵傳感解調(diào)研究取得新進(jìn)展

　　上世紀(jì)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(guī)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(diào)設(shè)備仍然限制了其在工業(yè)、化工以及建筑物結(jié)構(gòu)檢測(cè)等一系列重要領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。另外，相對(duì)于傳統(tǒng)光域解調(diào)的方法，利用光學(xué)濾波器將光柵波長(zhǎng)的漂移轉(zhuǎn)化為功率的變化的解調(diào)方法具有廉價(jià)、簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)。

　　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(xiàn)光纖光柵的傳感解調(diào)，研究結(jié)果已發(fā)表在Optics Letters期刊上(Vol. 40, Iss. 8, pp. 1760-1763)。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)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(tǒng)的復(fù)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(diào)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(shè)計(jì)出一種基于雙波長(zhǎng)窄線寬激光入射的弱光纖光柵傳感陣列解調(diào)方法(圖1)。在解調(diào)系統(tǒng)的輸入端，利用兩個(gè)具有一定中心波長(zhǎng)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(cè)，恰好可以得到一個(gè)線性的布拉格波長(zhǎng)到功率差的轉(zhuǎn)換(圖2)。并且它們線性關(guān)系的斜率可以簡(jiǎn)單的通過(guò)控制雙波長(zhǎng)激光的波長(zhǎng)間隔來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。此種方法并不像高斯匹配濾波方法那樣對(duì)于濾波器的濾波特性有要求，所以整個(gè)解調(diào)系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單。根據(jù)目前的窄線寬激光，光源輸出功率能輕松達(dá)到10dBm以上，該方法在沒(méi)有中繼放大的條件下，能夠支持長(zhǎng)達(dá)50km以上的傳感解調(diào)距離，以及能夠達(dá)到一根光纖上多達(dá)數(shù)百根弱反光柵同時(shí)解調(diào)的效果?？梢灶A(yù)測(cè)該方法將在布拉格光柵準(zhǔn)分布式傳感網(wǎng)絡(luò)各個(gè)領(lǐng)域中有著非常好的應(yīng)用前景。

　　該研究成果“雙波長(zhǎng)差分解調(diào)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(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(61675078)的資助。

　　圖二： 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (a): 弱反光柵光譜及入射雙波長(zhǎng);(b)：初始時(shí)域波形;

　　(c): 不同應(yīng)力條件下第6根光柵的放大響應(yīng)譜;(d)：兩個(gè)波長(zhǎng)上的反射強(qiáng)度分布;(e)：(d)中數(shù)據(jù)相減后的結(jié)果