Адресные волоконные брэгговские структуры в квазираспределённых радиофотонных сенсорных системах

Морозов О.Г., Сахабутдинов А.Ж.

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ, 420111, ул. К. Маркса, 10, Россия, Казань

Аннотация:
В статье предложена теория и техника адресных волоконных брэгговских структур и нового класса радиофотонных сенсорных систем на их основе, отличающаяся от существующих тем, что в волоконной брэгговской структуре формируется две сверхузкополосные частотные составляющие, разнесённые на уникальную разностную адресную частоту. Определение смещения центральных частот брэгговских структур осуществляется по результатам обработки сигнала биений адресных частот на фотоприёмнике, по параметрам которого судят о приложенных физических полях. Поставлена и решена задача однозначного определения сдвига центральных (брэгговских) частот адресных волоконных брэгговских структур с уникальными адресными частотами и одинаковой брэгговской частотой, объединённых в единую многосенсорную систему с приёмом мультиплексированного отклика на одном фотодетекторе.

Ключевые слова:
радиофотонные сенсорные системы, волоконные решётки Брэгга, адресные волоконные брэгговские структуры

Цитирование:
Морозов, О.Г. Адресные волоконные брэгговские структуры в квазираспределённых радиофотонных сенсорных системах / О.Г. Морозов, А.Ж. Сахабутдинов // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 4. – С. 535-543. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-4-535-543.

Литература:

  1. Measures, R.M. Wavelength demodulated Bragg grating fiber optic sensing systems for addressing smart structure critical issues / R.M. Measures, S. Melle, K. Liu // Smart Materials and Structures. – 1992. – Vol. 1, Issue 1. – P. 36-44.
  2. Davis, M.A. Structural strain mapping using a wavelength/ time division addressed fiber Bragg grating array / M.A. Davis, D.G. Bellemore, A.D. Kersey // Proceedings of SPIE. – 1994. – Vol. 2361. – P. 342-345.
  3. Matveenko, V.P. Measurement of strains by optical fiber Bragg grating sensors embedded into polymer composite material / V.P. Matveenko, [et al.] // Structural Control Health Monitoring. – 2017. – Vol. 25, Issue 3. – P. 1-11.
  4. Qiao, X. Fiber Bragg grating sensors for the oil industry / X. Qiao, [et al.] // Sensors. – 2017. – Vol. 17, Issue 429. – P. 1-34.
  5. Ma, Z. Fiber Bragg gratings sensors for aircraft wing shape measurement: Recent applications and technical analysis / Z. Ma, X. Chen // Sensors. – 2019. – Vol. 19, Issue 55. – P. 1-25.
  6. Karim, F. Full Matlab code for synthesis and optimization of Bragg gratings / F. Karim. – Newcastle upon Tyne: Cambridge Scholars Publishing, 2019. – P. 24.
  7. Cormier, G. Real-coded genetic algorithm for Bragg grating parameter synthesis / G. Cormier, [et al.] // Journal of the Optical Society of America B. – 2001. – Vol. 18, Issue 12. – P. 1771-1776.
  8. Li, K. Review of the strain modulation methods used in fiber Bragg grating sensors / K. Li // Journal of Sensors. – 2016. – Vol. 9, Issue 4. – 1284520.
  9. Li, R.M. Addressing fiber Bragg grating sensors with wavelength-swept pulse fiber laser and analog electrical switch / R.M. Li, [et al.] // Optics Communications. – 2011. – Vol. 284, Issue 4. – P. 1561-1564.
  10. Town, G.E. Design and performance of high-speed optical pulse-code generators using optical fiber Bragg gratings / G.E. Town, [et al.] // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. – 1999. – Vol. 5, Issue 5. – P. 1325-1331.
  11. Wang, Ch. Phase-coded millimeter-wave waveform generation using a spatially discrete chirped fiber Bragg grating / Ch. Wang, [et al.] // IEEE Photonics Technology Letters. – 2012. – Vol. 24, Issue 17. – P. 1493-1495.
  12. Kacik, D. Addressing fiber Bragg grating sensor using all-fiber low coherence interferometry / D. Kacik, [et al.] // Optical Fiber Technology. – 2013. – Vol. 19. – P. 598-603.
  13. Qi, B. Reflectometry based on a frequency-shifted interferometer using sideband interference / B. Qi, [et al.] // Optics Letters. – 2013. – Vol. 38, Issue 7. – P. 1083-1085.
  14. Koo, K.P. Fiber-chirped grating Fabry–Perot sensor with multiple-wavelength-addressable free-spectral ranges / K.P. Koo, [et al.] // IEEE Photonics Technology Letters. – 1998. – Vol. 10, Issue 7. – P. 1006-1008.
  15. Wei, Z. New code families for fiber-Bragg-grating-based spectral-amplitude-coding optical CDMA systems / Z. Wei, [et al.] // IEEE Photonics Technology Letters. – 2001. – Vol. 13, Issue 8. – P. 890-892.
  16. Kataoka, N. Phase-shifted superstructured fiber Bragg grating / N. Kataoka, [et al.] // Fujikura Technical Review. – 2011. – No. 40. – P. 6-11.
  17. Triana, C.A. Optical code division multiplexing in the design of encoded fiber Bragg grating sensors / C.A. Triana, [et al.] // Óptica Pura y Aplicada. – 2016. – Vol. 49, No. 1. – P. 17-28.
  18. Triana, A. Interrogation of super-structured FBG sensors based on discrete prolate spheroidal sequences / A. Triana, [et al.] // Proceedings of SPIE. – 2017. – Vol. 10231. – 102310H.
  19. Djordjevic, I.B. Design of DPSS based fiber bragg gratings and their application in all-optical encryption, OCDMA, optical steganography, and orthogonal-division multiplexing / I.B. Djordjevic, [et al.] // Optics Express. – 2014. – Vol. 22, Issue 9. – P. 10882-10897.
  20. Kim, Y. A wide dynamics and fast scan interrogating method for a fiber Bragg grating sensor network implemented using code division multiple access / Y. Kim, [et al.] // Sensors. – 2012. – Vol. 12. – P. 5888-5895.
  21. Triana, A. A code division design strategy for multiplexing fiber Bragg grating sensing networks / A. Triana, [et al.] // Sensors. – 2017. – Vol. 17, Issue 2508. – P. 1-14.
  22. Yin, H. Top-hat random fiber Bragg grating / H. Yin, [et al.] // Optics Letters. – 2015. – Vol. 40, Issue 15. – P. 3592-3594.
  23. Wang, Z. Random fiber laser based on weak fiber Bragg grating array / Z. Wang, [et al.] // Proceedings of SPIE. – 2018. – Vol. 11048. – 110483D.
  24. Deng, H. High-speed and high-resolution interrogation of a strain and temperature random grating sensor / H. Deng, [et al.] // Journal of Lightwave Technology. – 2018. – Vol. 36, Issue 23. – P. 5587-5592.
  25. Liu, J. A real-time random grating sensor array for quasi-distributed sensing based on wavelength-to-time mapping and time-division multiplexing / J. Liu, P. Lu, S. Mihailov, M. Wang, J.P. Yao // Optics Letters. – 2019. – Vol. 44, Issue 2. – P. 379-382.
  26. Curatu, G. Optical pulse shaping based on a double-phase-shifted fiber Bragg grating / G. Curatu, S. LaRochelle, C. Paré, P.-A. Bélanger // Proceedings of SPIE. – 2001. – Vol. 4271. – P. 213-221.
  27. Dai, Y. Equivalent phase shift in a fiber Bragg grating achieved by changing the sampling period / Y. Dai, X. Chen, D. Jiang, [et. al.] // IEEE Photonics Technology Letters. – 2004. – Vol. 16, Issue 10. – P. 2284-2286.
  28. Cusano, A. Photonic band-gap engineering in UV fiber gratings by the arc discharge technique / A. Cusano, A. Iadicicco, D. Paladino, S. Campopiano, A. Cutolo // Optical Express. – 2008. – Vol. 16. – P. 15332-15342.
  29. Кузнецов, А.А., Мультипликативный волоконно-оптический датчик износа и температуры щёток электрических машин : дис. ... канд. техн. наук : 05.11.13 / Кузнецов Артём Анатольевич. – Казань, 2016. – 159 с.
  30. Морозов, О.Г. Вопросы применения концепции программно–определяемых сетей для систем внутрискважинной волоконно-оптической телеметрии / О.Г. Морозов, И.И. Нуреев, С.В. Феофилактов, [и др.] // Нелинейный мир. – 2014. – № 10. – С. 83-90.
  31. Canning, J. Pi-phase-shifted periodic distributed structures in optical fibers by UV post-processing / J. Canning, M.G. Sceats // Electronics Letters. – 1994. – Vol. 30, Issue 16. – P. 1344-1345.
  32. Uttamchandani, D. Phase shifted Bragg gratings formed in optical fibers by UV fabrication thermal processing / D. Uttamchandani, A. Othonos // Optics Communications. – 1996. – Vol. 127. – P. 200-204.
  33. Jiang, L. Fabrication of dual-wavelength fiber Bragg grating with a longitudinal stretch / L. Jiang, D.-S. Zhang, W.-G. Zhang, [et al.] // Frontiers of Physics in China. – 2006. – Vol. 22, Issue 1. – P. 108-111.
  34. Сахабутдинов, А.Ж. Радиофотонные сенсорные системы на адресных волоконных брэгговских структурах и их применение для решения практических задач : дис. ... доктора техн. наук : 05.11.07 / Сахабутдинов Айрат Жавдатович. – Казань, 2018.

     


© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20