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，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)檢測等一系列重要領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。另外，相對于傳統(tǒng)光域解調(diào)的方法，利用光學(xué)濾波器將光柵波長的漂移轉(zhuǎn)化為功率的變化的解調(diào)方法具有廉價、簡單、響應(yīng)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(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)該方法還存在兩個方面的缺點(diǎn)：一是需要額外增加兩個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)計出一種基于雙波長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，利用兩個具有一定中心波長間隔的激光入射。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，恰好可以得到一個線性的布拉格波長到功率差的轉(zhuǎn)換(圖2)。并且它們線性關(guān)系的斜率可以簡單的通過控制雙波長激光的波長間隔來進(jìn)行調(diào)節(jié)。此種方法并不像高斯匹配濾波方法那樣對于濾波器的濾波特性有要求，所以整個解調(diào)系統(tǒng)較為簡單。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，該方法在沒有中繼放大的條件下，能夠支持長達(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)百根弱反光柵同時解調(diào)的效果。可以預(yù)測該方法將在布拉格光柵準(zhǔn)分布式傳感網(wǎng)絡(luò)各個領(lǐng)域中有著非常好的應(yīng)用前景。

　　該研究成果“雙波長差分解調(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;(b)：初始時域波形;

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