光纤F-P干涉(FFPI)传感器以其成本低、结构简单、体积小、灵敏度和可靠性高、与光纤易兼容等突出优点而成为光纤传感器家族中十分重要的成员之一,在应变、温度、压力等物理量测量方面获得了重要应用,但其大容量(>100)复用(连网)仍是一个多年悬而未决的难题。本项目在国际上首次提出大容量FFPI传感器的频分/波分复用新方法,通过结合空间频率和波长两个参数,在空间频率域和波长域同时完成传感器的复用。本项目将主要研究(1)复用方法原理和理论分析;(2)与复用方法相适应的新型FFPI传感器阵列结构设计和干涉信号处理技术研究(包括本征型和非本征型);(3)非本征型(本征型)FFPI应变(温度)传感器频分/波分复用系统研制及工业应用预研;本项目可望能从原理上解决FFPI传感器大容量复用难题,大大提高系统性价比,使现有的点传感实现向准分布式传感跨越,因而具有重要的学术意义和实用价值。
本项目针对光纤F-P传感器大规模复用的难题,在新型传感器结构、复用方法、解调算法等方面展开了全面深入的原创性研究工作,取得了系列具有国际先进水平的研究进展(1)首次提出基于空芯光子晶体光纤的腔长可长至数厘米的新型F-P干涉传感器结构,克服了常规光纤F-P传感器腔长受限而导致难以应用频分复用的原理性缺陷;(2)首次提出基于双啁啾光纤光栅的新型本征型光纤F-P传感器结构,为实现基于频分和波分的大容量复用网络提供了可能性;(3)首次将光放大引入到光纤F-P干涉传感器中,使得放大后的干涉信号相比于一般没有放大时的信号增强了4个数量级,从根本上解决了光纤F-P腔干涉信号弱的普遍问题;(4)针对大容量频分/波分复用系统的信号处理需要提出了基于Pisarenko正弦波恢复方法的解调算法,其应变解调精度可达10微应变。这些成果均发表在国际著名刊物上(SCI论文6篇,有2篇发表在《Optics Letters》上),并在国际光纤传感大会上做特邀报告和以特邀论文的形式发表在国际光纤领域著名刊物上,不仅具有重要的学术意义,而且产生了较大的国际影响。此外还申请发明专利三项,获得授权一项,具有很好的应用前景。