基于游标效应的弱反FBG-FP解调机理研究

Currently，two problems limit the application of the demodulation scheme of low-reflectivity fiber Bragg grating-Fabry Perot (FBG-FP) based on path matched interferometer. Firstly, the path difference of the interferometer should be equal to that of the FBG-FP, so that two optical pulses can overlap and yield an interference fringe. (2)The capacity of wavelength division multiplexing is decided by the number of source. To solve these problems, we proposed a demodulation scheme based on vernier effect. With this scheme, FBG-FPs with any cavity length (within a range) can be demodulated in the same condition and multiplexed in a single fiber with hybrid wavelength division multiplexing/frequency division multiplexing（WDM/FDM）. The proposal is organized as follows: 1) Research on fiber sensing based on vernier effect. Provide theoretical bases for experiment. 2) Research on noise characteristic of the demodulation scheme. Optimize the optical path for lower noise level. 3) Research on demodulation algorithm to reduce noise. 4) Research on hybrid wavelength division multiplexing/frequency division multiplexing. Optimize the distributed manner and the multiplexing capacity. The research theme is of originality. The research achievement will give impetus to the investigation of FBG-FP demodulation technique and the practice of the quasi-distributed fiber sensing based on FBG-FP.

传统基于匹配干涉仪的弱反光纤布拉格光栅-法泊腔（FBG-FP）解调机理存在两个问题：（1）需要两束光脉冲时域上重叠并产生干涉条纹，要求匹配干涉仪臂长差与FBG-FP严格一致。（2）光源的波分复用容量受限于光源数量。这两个问题限制了该机理的实用化。为了解决这两个问题,本项目提出基于游标效应的弱反FBG-FP解调机理。该机理将实现任意长度（一定允许误差范围内）的弱反FBG-FP的同时解调，并在单根光纤上实现大容量波分/频分混合复用。研究内容包括：1）研究基于游标效应的传感机理，为解调实验打下理论基础；2）研究解调机理的噪声特性，在光路上对进行噪声优化；3）研究低噪声解调算法；4）研究大容量波分/频分混合复用机理，分析传感头排布方式和系统最大复用容量。本项目在国内尚未发现类似的报道，其研究结果将有利于推进弱反FBG-FP的解调技术研究，以及弱反FBG-FP准分布式传感技术的实用化。

本项目主要面向干涉型传感器的高精度解调的技术需求，针对FBG-FP型等传感器传统解调方法的缺点，例如对解调系统参数要求高等问题，研究新型解调机理，力求在保证解调精度的条件下，降低成本和对解调系统的要求。.项目执行过程中，提出并研究了条纹对比度干涉解调机理，完成光学理论分析，并以迈克尔逊干涉仪为例进行了实验研究，通过合理的光路设计，实现了28纳应变和0.01摄氏度的高分辨率，同时实现了750微应变和50摄氏度大测量范围。提出了通过傅里叶变换进行对比度测量的方法，同时基于该方法实现了频分复用技术。该机理是通过干涉条纹对比度这一相对值的测量来实现光相位解调，相比现已有的相位解调、白光干涉解调、波长解调等机理，这种方法可大大减小对仪器的精度的要求，有利于减少系统成本，给干涉传感器解调仪的研究设计提供了一种新的研究思路。.对基于游标效应的弱反FBG-FP解调机理进行了进一步分析，从光程补偿的角度对该效应进行了深入的理解。在此基础上，结合条纹对比度解调机理，提出并研究了使用锁模激光器来实现弱反FBG-FP解调的方法，这种方法既利用游标效应原理减小了对FBG-FP腔长的严格要求，同时又可在低精度光谱检测设备条件下实现高精度测量，可有效降低应用成本。.