光纤激光传感技术的新进展

编辑:美高梅游戏官网 时间:2015-10-21

基于光纤激光器的传感测量是信息技术研究的重点,利用光纤激光器的超窄线宽、高边模抑制比等优点,能有效提高传感测量的灵敏度和信噪比,因此受到了广泛关注。然而当前光纤激光传感技术主要采用波长检测方法,测量成本高、精度较低,且光纤激光器的自身稳定性较差,这些关键难题阻碍了激光传感技术的实际应用。

美高梅游戏官网娱乐的物联网接入研究小组一直从事光纤激光传感技术的研究。在刘德明教授和孙琪真副教授的引导下,博士生沃江海提出以超短腔DBR光纤激光器为核心元件的传感测量研究,显著提高了激光器的输出稳定性;并利用激光输出的两个正交偏振模式之间的相干拍频,将波长测量转化为频率测量,通过成熟的电信号频率检测技术极大提高了检测精度。研究小组在他人的研究基础上,根据光纤扭转对其本征双折射的调制机理,实现了高精度的光纤扭转测量;同时根据对拍频变化周期的测量,能准确地得到扭转发生的位置,实现分布式测量,对于工程结构健康监测领域中的形变检测具有重要意义,相关研究结果发表在Optics Express上。进一步的,研究小组将此传感器应用拓展到生物医学领域,提出基于超短腔DBR光纤激光器作为传感元件的人体呼吸、脉搏等测量技术,利用光纤横向作用力与其双折射之间的线性关系,结合力学传感结构,能够实时、准确地获得待测者的呼吸幅度、呼吸频率、脉搏频率和重搏波等重要信息,从而分析其生理状况。该研究对于无源、小型化的光纤传感器在生物医学领域的应用具有一定的引导意义,相关结果发表在Journal of Biomedical Optics上。同时,研究小组对环形腔光纤激光器的传感测量机理及应用也进行了深入研究,孙琪真副教授和硕士生戴怡提出了一种基于双环腔单纵模光纤激光谐振拍频解调的高精度传感技术,将两只相移光纤光栅作为超窄带滤波器平行放置于环形腔光纤激光器中,从而形成稳定的双波长单纵模激射并产生相干拍频,测量输出电信号的频谱漂移,即可实现应变、温度等的超高精度探测。进一步的,将两只相移光纤光栅分别作为液位检测的传感单元及参考单元,结合浮子式机械结构设计将液位变化通过浮力转化为传感光栅的波长漂移,利用该激光传感技术可以实现1.5mm测量范围内,测量灵敏度高达2.12×107MHz/m,液位检测分辨率可达0.295μm,并具有自动温度补偿等优点。相关研究成果发表在Optics Express上,由此技术研制的光纤水管仪可达10-8量级的测量精度,对于重大工程防震减灾及信息科学等领域具有科学意义。

该项工作得到国家自然科学基金重点项目、国家科技支撑计划项目等的支撑。(孙琪真 供稿)

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