基于分析微波光子网络响应的大规模分布式布拉格光栅光纤传感网络的研究进展

近些年来，光纤传感技术由于其体小质轻、高灵敏度、抗电磁干扰等优势在许多工业领域中得到了广泛的应用。 而随着光纤传感组网技术的发展，构建大容量、长距离、高精度的分布式布拉格光栅光纤传感网络成为当下光纤传感技术的研究热点之一。 传统的分布式传感的复用技术采用的是注入时域光脉冲的方法， 然而这一类方法在构建特大规模的传感网络时常常显得力不从心， 因为采用脉冲调制往往会带来成本的提高以及接收端光信号功率的下降，从而极大的限制了可复用光栅的数量。

武汉光电国家实验室、光学与电子信息学院夏历副教授领导的研究组创新性的提出并验证了一种基于分析微波光子网络响应的大规模分布式布拉格光栅光纤传感网络。 整个光纤传感网络可以被看作是一种多抽头的微波光子滤波器，并且在解调端运用了平移高斯光学滤波器的探测技术，使的通过分析整个滤波器的频率响应，便可以准确的探测出每个光栅所收到温度或者应力的大小。由于整个传感系统运用了连续光而非脉冲光，并且所有光栅采取了独特的超短光栅结构使得它们具有很宽的光谱，此种传感网络在接收端可以得到比传统时分复用传感网络大得多的信号功率。 另外传感网络的灵敏度以及动态范围还可以通过简单的调整高斯滤波器之间的中心波长间距来随意的调节。 由此可以预见，这些创新性的设计对于今后构建特大规模的布拉格光栅传感网络具有非常重要的意义。

2016年1月29日，该成果“基于平移高斯滤波器以及微波光子网络分析的超短光栅分布式光纤传感”(Ultra-short FBG based distributed sensing using shifted optical Gaussian filters and microwave-network analysis)发表在美国光学协会旗下杂志Optics Express上(Vol. 24, Issue. 3, pp. 2466-2484, 2016)。

图1、传感网络结构原理示意图

图2、不同光栅测量结果图