分布式光纤激光传感器关键技术研究

近年来，现代光、机、电技术和计算机技术的最新成果与光纤传感技术紧密结合，为信息获取与信息处理提供了丰富的手段。越来越多的研究者开始重视这一领域。

利用光纤传感器，可以对温度、应力、应变、位移、压力、磁场、电场、电流等多种物理量进行测量。由于具有尺寸小、重量轻、成本低、信号带宽大、灵敏度高、动态范围宽、抗电磁干扰、可以实现远距离测量和控制等优点，光纤传感器在各种不同的场合，特别是在高温、腐蚀性或危险性的环境中，获得了广泛的应用。

在波分和时分复用情况下，光纤传感器间通过串联或并联方式组成传感网络，就可以实现对物理量的准分布式测量。光纤激光传感器在大型结构的安全监测以及危险环境监测等领域，具有极为广泛的应用前景。

通过项目的研究，在实验室光纤激光传感器研究方案的基础上，研究了适用于不同应用前景的分布式光纤激光传感器。首先，研究了新颖的光纤激光传感器，通过基础原理和实验技术的研究，研究了解决实用化温度补偿的分布式光纤激光传感器的关键技术问题，实现了一套基于光纤光栅的4路复用的分布式多点光纤激光传感器系统。

其次，探索研究了适用于光纤激光传感器的特殊信号检测技术，使传感系统单点信号检测的对应波长分辨率达到了1pm。

通过项目的研究，在实验室光纤激光传感器研究方案的基础上，研究了适用于不同应用前景的分布式光纤激光传感器。主要研究成果有：

1. 利用光纤光栅（FBG）作为外腔选频器件，研究了自注入锁定的增益开关法布里-珀罗（F-P）半导体脉冲激光器，将其应用于光纤激光传感器。

2. 提出并研究了一种基于光纤光栅法布里-珀罗腔的脉冲激光传感技术。

3. 采用VI传输矩阵法分析非匹配光纤光栅F-P腔的特性，结合光纤光栅应变传感测试对部分结果进行对比研究。研究发现，构成F-P腔的两个光栅的反射率不宜差别过大，同时可通过适当增大两个光栅的长度差来提高边模抑制比。若两个光栅的长度不同，则让长度长的那个光栅反射率更大些，效果更好。

4. 结合轨道称重技术，将FBG封装于称重轨道的腰部，光纤光栅解调采用基于半导体光放大的环形腔光纤激光传感方案，通过测试FBG中心波长的变化测量所测称重量的变化，实现了波长分辨率达到1pm的高灵敏度应变传感。

5. 通过基础原理和实验技术的研究发现，以上基于光纤光栅FP腔的脉冲激光传感技术和环形腔光纤激光传感技术都可以通过光开关实现分布式多路光纤激光传感，其多路转换特性取决于所用光电开关的响应特性。

6. 提出用FBG传感器代替传统的基于电阻应变片的轴销式传感器实现轨道称重测量，FBG传感器抗干扰性强（如电磁场、湿度、化学腐蚀等），特别适合应用于现代大型工业厂房。

通过项目研究，已在知名国际会议和国内外期刊上发表学术论文10篇，其中已经被SCI收录的2篇，被EI收录的7篇，2篇论文发表于国际会议论文集（EI收录论文），另有2篇基于项目研究的期刊论文正在组织投稿；已经申请发明专利3项，其中2项已经公开；培养博士生2名、硕士生4名。在项目研究工作基础上，申请到教育部新世纪优秀人才计划项目1项、国家自然科学基金项目1项。

近年来，现代光、机、电技术和计算机技术的最新成果与光纤传感技术紧密结合，为信息获取与信息的处理提供了丰富的手段，越来越多的得到世界各国研究者的重视.利用光纤传感器可以对温度、应力、应变、位移、压力、磁场、电场、电流等多种物理量进行测量.由于具有尺寸小、重量轻、成本低、信号带宽大、灵敏度高、动态范围宽、抗电磁干扰、可以实现远距离测量和控制等优点，光纤传感器在各种不同的场合，特别是在高温、腐蚀性或危险性的环境中获得广泛的应用.在波分和时分复用情况下，光纤传感器间通过串联或并联方式组成传感网络，就可以实现对物理量的准分布式测量.光纤激光传感器在大型结构的安全监测以及危险环境监测等领域具有极为广泛的应用前景.通过项目的研究，在实验室光纤激光传感器研究方案的基础上，研究了适用于不同应用前景的分布式光纤激光传感器.首先，研究了新颖的光纤激光传感器，通过基础原理和实验技术的研究，研究了解决实用化温度补偿的分布式光纤激光传感器的关键技术问题，实现了一套基于光纤光栅的4路复用的分布式多点光纤激光传感器系统.其次，探索研究了适用于光纤激光传感器的特殊信号检测技术，使传感系统单点信号检测的对应波长分辨率达到了1pm.通过项目的研究，在实验室光纤激光传感器研究方案的基础上，研究了适用于不同应用前景的分布式光纤激光传感器.主要研究成果有：(1)利用光纤光栅(FBG)作为外腔选频器件，研究了自注入锁定的增益开关法布里-珀罗(F-P)半导体脉冲激光器，将其应用于光纤激光传感器.(2)提出并研究了一种基于光纤光栅法布里-珀罗腔的脉冲激光传感技术.(3)采用VI传输矩阵法分析非匹配光纤光栅F-P腔的特性，结合光纤光栅应变传感测试对部分结果进行对比研究.通过研究发现，构成F-P腔的两个光栅的反射率不宜差别过大，同时可通过适当增大两个光栅的长度差来提高边模抑制比.若两个光栅的长度不同，则让长度长的那个光栅反射率更大些，效果更好.(4)结合轨道称重技术，将FBG封装于称重轨道的腰部，光纤光栅解调采用基于半导体光放大的环形腔光纤激光传感方案，通过测试FBG中心波长的变化测量所测称重量的变化，实现了波长分辨率达到1pm的高灵敏度应变传感.(5)通过基础原理和实验技术的研究发现，以上基于光纤光栅FP腔的脉冲激光传感技术和环形腔光纤激光传感技术都可以通过光开关实现分布式多路光纤激光传感，其多路转换特性取决于所用光电开关的响应特性.(6)提出用FBG传感器代替传统的基于电阻应变片的轴销式传感器实现轨道称重测量，FBG传感器抗干扰性(如电磁场、湿度、化学腐蚀等)强，特别适合应用于现代大型工业厂房.通过项目研究，已在知名国际会议和国内外期刊上发表学术论文10篇，其中已经被SCI收录的2篇，被EI收录的7篇，2篇论文发表于国际会议论文集(EI收录论文)，另有2篇基于项目研究的期刊论文正在组织投稿；已经申请发明专利3项，其中2项已经公开；培养博士生2名、硕士生4名.在项目研究工作基础上申请到教育部新世纪优秀人才计划项目1项、国家自然科学基金项目1项.