Archive

Аннотация:

Сведения об авторах:

Список литературы:

Аннотация:

Рассмотрены вопросы разработки принципов построения радиофотонных полигармонических систем интеррогации комплексированных датчиков на основе волоконных брэгговских решеток (ВБР). Рассмотрена проблемная область современных волоконно оптических сенсорных сетей, в частности ограничения систем интеррогации ВБР. В результате проведенного анализа обоснована необходимость и оценены преимущества их построения на основе радиофотонных и полигармонических методов зондирования. Показано, что разработанные системы характеризуются повышенной скоростью опроса датчиков, возможностью эффективного восстановления контура ВБР по результатам фиксированного зондирования без сканирования, а также сохранением преимуществ по чувствительности и точности измерений, присущих симметричным двухчастотным рефлектометрическим системам с обработкой информации об измерительном преобразовании по параметрам огибающей биений двух частотных компонентов зондирующего излучения.

Ключевые слова: волоконно-оптическая сенсорная сеть, интеррогатор, волоконная брэгговская решетка, полигармоническое симметричное зондирование, радиофотоника.

Сведения об авторах:

И.И. Нуреев
Кандидат технических наук, доцент кафедры радиофотоники и микроволновых технологий, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Республика Татарстан, Россия, e-mail: n2i2@mail.ru.

Список литературы:

1. Capmany J. Microwave photonic signal processing // Journal of Lightwave Technologies. - 2013. - Vol. 31, № 4. - P. 571–586.

2. Minasian R.A., Chan E.H.W., Yi X. Microwave photonic signal processing // Optics Express. - 2013. - Vol. 21, № 19. - P. 22918–22936.

3. Морозов О.Г., Ильин Г.И. Амплитудно-фазовая модуляция в системах радиофотоники // Вестник Поволж. гос. технолог. ун-та. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. - 2014. - № 1 (20). - С. 6–42.

4. External amplitude-phase modulation of laser radiation for generation of microwave frequency carriers and optical poly-harmonic signals: an overview / O.G. Morozov, G.I. Il’in, G.A. Morozov [et al.] // Proceedings of SPIE. – 2016. – Vol. 9807. – P. 980711.

5. Yao J.P. Microwave photonics for high-resolution and high-speed interrogation of fiber Bragg grating sensors // Fiber and Integrated Optics. – 2015. – Vol. 34. – P. 230–242.

6. Cuadrado-Laborde С. Current trends in short- and long-period fiber gratings // InTech. – 2013. – URL: intechopen.com/books/current-trends-inshort- and-long-period-fiber-gratings (дата обращения: 10.05.2016).

7. 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. - Т. 12, № 10. - С. 83–92.

8. Software defined down-hole telemetric systems: training course / O.G. Morozov, D.P. Danilaev, P.E. Denisenko [et al.] // Proceedinngs of SPIE. - 2015. - Vol. 9533. – P. 953311.

9. Poly-harmonic analysis of Raman and Mandelstam–Brillouin scatterings and Bragg reflection spectra / O.G. Morozov, G.A. Morozov, I.I. Nureev [et al.] // InTech. – 2015. – URL: intechopen.com/books/advancesin- optical-fiber-technology (дата обращения: 11.05.2016).

10. Development of a fiber-fed spectrometer for the near IR-domain / I.I. Nureev, S.V. Feofilaktov, D.A. Cherepanov [et al.] // Proceedings of SPIE. – 2015. – Vol. 9533. – P. 95330Е.

11. Methods of dispersion improvement in a fiber-fed spectrograph scheme / I.I. Nureev, O.G. Morozov, S.V. Feofilaktov [et al.] // Proceedings of SPIE. – 2016. – Vol. 9807. – P. 98070Y.

12. Маломодовая симметричная рефлектометрия волоконно-оптических структур / под ред. О.Г. Морозова. – Казань: Новое знание, 2013. – 160 с.

13. Морозов О.Г., Айбатов Д.Л., Садеев Т.С. Синтез двухчастотного излучения и его применения в волоконно-оптических системах распределенных и мультиплексированных измерений // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2010. – Т. 13, № 3. – С. 84–91.

14. Амплитудно-фазовые методы формирования зондирующих излучений для систем анализа волоконно-оптических структур / О.Г. Морозов, Д.Л. Айбатов, В.П. Просвирин [и др.] // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2007. – Т. 10, № 3. – С. 119–124.

15. Морозов О.Г. Амплитудно-фазовое преобразование частоты в системах временной и частотной рефлектометрии волоконно-оптических информационных и измерительных сетей // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2004. – Т. 7, № 1. – С. 63–67.

16. Hybrid fiber Bragg gratinglong period fiber grating sensor for strain and temperature discrimination / H.J. Patrick, G.M. Williams, A.D. Kersey [et al.] // IEEE Photonics Technology Letters. – 1996. – Vol. 8, № 9. – P. 1223–1223.

17. Liu W., Li W., Yao J.P. Real-time interrogation of a linearly chirped fiber Bragg grating sensor for simultaneous measurement of strain and temperature // IEEE Photonics Technology Letters. – 2011. – Vol. 23, № 18. – P. 1340–1342.

18. Li W., Li M., Yao J.P. A narrow-passband and frequency-tunable micro-wave photonic filter based on phase-modulation to intensitymodulation conversion using a phase shifted fiber Bragg grating // IEEE Transactions of Microwave Theory Technology. – 2012. – Vol. 60, № 5. – P. 1287–1296.

19. Kong F., Li W., Yao J.P. Transverse load sensing based on a dual-frequency optoelectronic oscillator // Optics Letters. – 2013. – Vol. 38, № 14. – P. 2611–2613.

20. Волоконно-оптические технологии в распределенных системах экологического мониторинга / В.Г. Куприянов, О.Г. Морозов, И.Р. Садыков [и др.] // Известия Самар. науч. центра Рос. акад. наук. – 2011. – Т. 13, № 4-4. – С. 1087–1091.

21. Волоконные решетки Брэгга с фазированной структурой в распределенных информационно-измерительных системах / С.Г. Алюшина, П.Е. Денисенко, О.Г. Морозов [и др.] // Нелинейный мир. – 2011. – Т. 9, № 8. – С. 522–528.

22. Структурная минимизация волоконно-оптических сенсорных сетей экологического мониторинга / В.В. Куревин, О.Г. Морозов, В.П. Просвирин [и др.] // Инфокоммуникационные технологии. – 2009. – Т. 7, № 3. – С. 46–52.

23. Комплексный подход к решению задач сетевого мониторинга бортовых систем и устройств электроснабжения транспортных средств на основе волоконно-оптических технологий [Электронный ресурс] / Л.М. Сарварова, В.Ю. Колесников, В.А. Куликов [и др.] // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6. – URL: scienceeducation. ru/120-16540 (дата обращения: 14.06.2016).

24. Щетка как интеллектуальный узел электродвигателя [Электронный ресурс] / О.Г. Морозов, А.А. Кузнецов, И.И. Нуреев [и др.] // Инженерный вестник Дона. – 2016. – № 1. – URL: ivdon.ru/ru/magazine/ archive/n1y2016/3525 (дата обращения: 14.06.2016).

25. Smart photonic carbon brush / O.G. Morozov, A.A. Kuznetsov, G.A. Morozov [et al.] // Proceedings of SPIE. – 2016. – Vol. 9807. – P. 98070M.

26. Волоконно-оптический рефрактометрический датчик / И.Р. Садыков [и др.] // Труды МАИ. – 2012. – № 61. – С. 18.

27. Optical refractometric FBG biosensors: problems of development and decision courses / O.A. Stepustchenko, O.G. Morozov, A.N. Gorshunova [et al.] // Proceedings of SPIE. – 2011. – Vol. 7992. – P. 79920D.

28. Морозов О.Г., Степущенко О.А., Садыков И.Р. Модуляционные методы измерений в оптических биосенсорах рефрактометрического типа на основе волоконных решеток Брэгга с фазовым сдвигом // Вестник Поволж. гос. технолог. ун-та. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. – 2010. – № 3. – С. 3–13.

29. Оценка возможностей применения волоконных решеток Брэгга с гауссовым профилем отражения в качестве датчика температуры / О.Г. Морозов, И.И. Нуреев, А.Ж. Сахабутдинов [и др.] // Вестник Поволж. гос. технолог. ун-та. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. – 2013. – № 2 (18). – C. 73–79.

30. Маломодовое зондирование датчиков на основе волоконных решеток Брэгга / В.Г. Куприянов, О.Г. Морозов, И.И. Нуреев [и др.] // Науч. -техн. вестник Поволжья. – 2013. – № 4. – С. 200–204.

31. Нуреев И.И. Постановка задач калибровки совмещенных датчиков давления и температуры // Нелинейный мир. – 2015. – Т. 13, № 8. – C. 26–31.

32. Процедура решения задач калибровки совмещенных датчиков давления и температуры / А.Ж. Сахабутдинов, Д.Ф. Салахов, И.И. Нуреев [и др.] // Нелинейный мир. – 2015. – Т. 13, № 8. – С. 32–38.

33. Нуреев И.И. Радиофотонные амплитудно-фазовые методы интеррогации комплексированных датчиков на основе волоконных решеток Брэгга [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона. – 2016. – № 2. – URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2016/3581 (дата обращения: 24.06.2016).

34. Морозов О.Г., Нуреев И.И. Маломодовые методы интеррогации однотипных ВБР в группе // Фотон-Экспресс. – 2013. – № 6 (110). – С. 241–244.

35. Морозов О.Г., Нуреев И.И., Алюшина С.Г. Полигармонические методы определения температуры на абонентских узлах пассивных оптических сетей // Науч.-техн. вестник Поволжья. – 2014. – Т. 1, № 2. – С. 77–81.

36. Комплексированный волоконно-оптический датчик контроля рабочих характеристик аккумулятора / В.А. Казаров, О.Г. Морозов, И.И. Нуреев [и др.] // Науч.-техн. вестник Поволжья. – 2016. – № 3. – С. 62–64.

37. Нуреев И.И. Сенсорные пассивные оптические сети и ключевые вопросы применения в них волоконных брэгговских решеток [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона. – 2016. – № 2. – URL: ivdon.ru/magazine/archive /n2y2016/3605 (дата обращения: 01.07.2016).

38. Сахабутдинов А.Ж., Нуреев И.И., Морозов О.Г. Уточнение положения центральной длины волны ВБР в условиях плохого соотношения сигнал – шум // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2015. – Т. 18, № 3-2. – С. 98–102.

Аннотация:

Рассмотрены вопросы разработки принципов построения радиофотонных полигармонических систем интеррогации комплексированных датчиков на основе волоконных брэгговских решеток (ВБР). Обсуждаются вопросы развития теории единого поля комплексированных датчиков на основе ВБР как ядра волоконно-оптических сенсорных сетей с учетом преимуществ радиофотонных методов интеррогации по скорости опроса и возможности включения в него однотипных решеток, объединенных в группы. Проведен анализ методов их интеррогации в случае постоянного и изменяющегося числа ВБР в группе. Показаны преимущества использования для указанных случаев методов частотно-смещенной интерферометрии и вариации разностной частоты на основе симметричных полигармонических зондирующих излучений соответственно. Представлены основные принципы построения и интеррогации точечных и квазираспределенных комплексированных датчиков, в том числе параллельного типа.

Ключевые слова: волоконно-оптическая сенсорная сеть, единое поле комплексированных датчиков, группа однотипных волоконных брэгговских решеток, полигармоническое симметричное зондирование, частотно-смещенная интерферометрия, метод вариации разностной частоты, комплексированный датчик параллельного типа, радиофотоника.

Сведения об авторах:

И.И. Нуреев
Кандидат технических наук, доцент кафедры радиофотоники и микроволновых технологий, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Республика Татарстан, Россия, e-mail: n2i2@mail.ru.

Список литературы:

1. Нуреев И.И. Радиофотонные полигармонические системы интеррогации комплексированных датчиков на основе волоконных брэгговских решеток. Часть 1. Радиофотонные полигармонические методы зондирования // Прикладная фотоника. – 2016. – № 3. – С. 193–220.

2. Нуреев И.И. Сенсорные пассивные оптические сети и ключевые вопросы применения в них волоконных брэгговских решеток [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона. – 2016. – № 2. – URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2016/3605 (дата обращения: 25.05.2016).

3. Perez-Herrera R.A., Lopez-Amo M. Fiber optic sensor networks // Optical Fiber Technology. – 2013. – Vol. 19, № 6 (part B). – P. 689–699.

4. Морозов О.Г., Польский Ю.Е. Единое поле комплексированных ВОД в системах контроля параметров безопасности скоростных транспортных средств // Вестник Казан. гос. техн. ун-та им. А.Н. Туполева. –1997. – № 4. – С. 27–30.

5. Morozov O.G., Pol'ski Y.E. Perspectives of fiber sensors based on optical reflectometry for nondestructive evaluation // Proceedings of SPIE. – 1996. – Vol. 2944. – P. 178–183.

6. Pol'skii Y.E., Morozov O.G. Joint field of integrated fibre optic sensors for aircrafts and spacecrafts safety parameters monitoring // Proceedings of SPIE. – 1998. – Vol. 3397. – P. 217–223.

7. Pol'skii Y.E., Morozov O.G. Built-in fiber sensors for safe use of aircraft // Proceedings of SPIE. – 1996. – Vol. 2945. – P. 212–216.

8. Структурная минимизация волоконно-оптических сенсорных сетей экологического мониторинга / В.В. Куревин, О.Г. Морозов, В.П. Просвирин [и др.] // Инфокоммуникационные технологии. – 2009. – Т. 7, № 3. – С. 46–52.

9. Волоконно-оптические технологии в распределенных системах экологического мониторинга / В.Г. Куприянов, О.А. Степущенко, В.В. Куревин [и др.] // Известия Самар. науч. центра Рос. акад. наук. – 2011. – Т. 13, № 4-4. – С. 1087–1091.

10. Yao J.P. Microwave photonics for high-resolution and high-speed interrogation of fiber Bragg grating sensors // Fiber and Integrated Optics. – 2015. – Vol. 34. – P. 230–242.

11. Liu W., Li W., Yao J.P. Real-time interrogation of a linearly chirped fiber Bragg grating sensor for simultaneous measurement of strain and temperature // IEEE Photonics Technology Letters. – 2011. – Vol. 23, № 18. – P. 1340–1342.

12. Li W., Li M., Yao J.P. A narrow-passband and frequency-tunable micro-wave photonic filter based on phase-modulation to intensitymodulation conversion using a phase shifted fiber Bragg grating // IEEE Transactions of Microwave Theory Technology. – 2012. – Vol. 60, № 5. – P. 1287–1296.

13. Kong F., Li W., Yao J.P. Transverse load sensing based on a dual-frequency optoelectronic oscillator // Optics Letters. – 2013. – Vol. 38, № 14. – P. 2611–2613.

14. Нуреев И.И. Радиофотонные амплитудно-фазовые методы интеррогации комплексированных датчиков на основе волоконных решеток Брэгга [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона. – 2016. – № 2. – URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2016/3581 (дата обращения: 10.06.2016).

15. Морозов О.Г., Ильин Г.И. Амплитудно-фазовая модуляция в системах радиофотоники // Вестник Поволж. гос. технолог. ун-та. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. – 2014. – № 1 (20). – С. 6–42.

16. External amplitude-phase modulation of laser radiation for generation of microwave frequency carriers and optical poly-harmonic signals: an overview / O.G. Morozov, G.I. Il’in, G.A. Morozov [et al.] // Proceeding of SPIE. – 2016. – Vol. 9807. – P. 980711.

17. Щетка как интеллектуальный узел электродвигателя / О.Г. Морозов, А.А. Кузнецов, И.И. Нуреев [и др.] // Инженерный вестник Дона. – 2016. – № 1.– URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2016/3525 (дата обращения: 10.06.2016).

18. Smart photonic carbon brush / O.G. Morozov, A.A. Kuznetsov, G.A. Morozov [et al.] // Proceedings of SPIE. – 2016. – Vol. 9807. – P. 98070M.

19. Волоконно-оптический рефрактометрический датчик [Электронный ресурс] / И.Р. Садыков [и др.] // Труды МАИ. – 2012. – № 61. –URL: www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=35667 (дата обращения: 10.05.2016).

20. Optical refractometric FBG biosensors: problems of development and decision courses / O.A. Stepustchenko, O.G. Morozov, A.N. Gorshunova [et al.] // Proceedings of SPIE. – 2011. – Vol. 7992. – P. 79920D.

21. Морозов О.Г., Степущенко О.А., Садыков И.Р. Модуляционные методы измерений в оптических биосенсорах рефрактометрического типа на основе волоконных решеток Брэгга с фазовым сдвигом // Вестник Поволж. гос. технолог. ун-та. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. – 2010. – № 3. – С. 3–13.

22. Оценка возможностей применения волоконных решеток Брэгга с гауссовым профилем отражения в качестве датчика температуры / О.Г. Морозов, И.И. Нуреев, А.Ж. Сахабутдинов [и др.] // Вестник Поволж. гос. технолог. ун-та. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. – 2013. – № 2 (18). – C. 73–79.

23. Нуреев И.И. Постановка задач калибровки совмещенных датчиков давления и температуры // Нелинейный мир. – 2015. – Т. 13, № 8. – C. 26–31.

24. Процедура решения задач калибровки совмещенных датчиков давления и температуры / А.Ж. Сахабутдинов, Д.Ф. Салахов, И.И. Нуреев [и др.] // Нелинейный мир. – 2015. – Т. 13, № 8. – С. 32–38.

25. Маломодовое зондирование датчиков на основе волоконных решеток Брэгга / В.Г. Куприянов, О.Г. Морозов, И.И. Нуреев [и др.] // Науч.-техн. вестник Поволжья. – 2013. – № 4. – С. 200–204.

26. Морозов О.Г., Нуреев И.И. Маломодовые методы интеррогации однотипных ВБР в группе // Фотон-Экспресс. – 2013. – № 6 (110). – С. 241–244.

27. Морозов О.Г., Нуреев И.И., Алюшина С.Г. Полигармонические методы определения температуры на абонентских узлах пассивных оптических сетей // Науч.-техн. вестник Поволжья. – 2014. – Т. 1, № 2. – С. 77–81.

28. Комплексированный волоконно-оптический датчик контроля рабочих характеристик аккумулятора / В.А. Казаров, О.Г. Морозов, И.И. Нуреев [и др.] // Науч.-техн. вестник Поволжья. – 2016. – № 3. – С. 62–64.

29. An interrogator for a fiber Bragg sensor array based on a tunable erbium fiber laser / S.A. Babin, S.I. Kablukov, I.S. Shelemba, A.A. Vlasov // Laser Physics. – 2007. – Vol. 17, № 11. – P. 1340–1344.

30. Application of optical time-domain reflectometry for the interrogation of fiber Bragg sensors / Yu.N. Kulchin, O.B. Vitrik, A.V. Dyshlyuk [et al.] // Laser Physics. – 2007. – Vol. 17, № 11. – Р. 1335–1339.

31. Combined time-wavelength interrogation of fiber-Bragg gratings based on an optical time-domain reflectometry / Yu.N. Kulchin, O.B. Vitrik, A.V. Dyshlyuk [et al.] // Laser Physics. – 2008. – Vol. 18, № 11. – Р. 1301–1304.

32. Differential reflectometry of FBG sensors in the wide spectral range / Yu.N. Kulchin, O.B. Vitrik, A.V. Dyshlyuk [et al.] // Laser Physics. – 2011. – Vol. 21, № 2. – Р. 304–307.

33. Orr P., Niewczas Р. High-speed, solid state, interferometric interrogatorand multiplexer for fiber Bragg grating sensors // Journal of Lightwave Technology. – 2011. – Vol. 29. – P. 3387–3392.

34. Kersey A.D., Berkoff T.A., Morey W.W. Multiplexed fiber Bragg grating strain-sensor system with a fiber Fabry–Perot wavelength filter // Optics Letters. – 1993. – Vol. 18. – P. 1370–1372.

35. A large capacity sensing network with identical weak fiber Bragg gratings multiplexing / M. Zhang, Q. Sun, Z. Wang [et al.] // Optics Communications. – 2012. – Vol. 285. – P. 3082–3087.

36. Use of 3000 Bragg grating strainsensors distributed on four 8-m optical fibers during static load testsof a composite structure / A. Childers, M.E. Froggatt, S.G. Allison [et al.] // Proceedings of SPIE. – 2001. – Vol. 4332. – P. 133–142.

37. Using frequency-shifted interferometry for multiplexing a fiber Bragg grating array / F. Ye, L. Qian, Y. Liu, B. Qi // IEEE Photonics Technology Lettets. – 2008. – Vol. 20. – P. 1488–1490.

38. Multiplexing of fiber Bragg grating sensors using an FMCW technique / P.K.C. Chan, W. Jin, J.M. Gong, M.S. Demokan // IEEE Photonics Technology Letters. – 1999. – Vol. 11. – P. 1470–1472.

39. Zheng J. Analysis of optical frequency-modulated continuouswave interference // Applied Optics. – 2004. – Vol. 43. – P. 4189–4198.

40. Kajiwara K., Hotate K. Multiplexing of long-length fiber Bragg grating distributed sensors based on synthesis of optical coherence function // IEEE Photonics Technology Letters. – 2011. – Vol. 23. – P. 1555–1557.

41. Reflectometry based on a frequency-shifted interferometer using sideband interference / B. Qi, F. Ye, L. Qian, H.-K. Lo // Optics Letters. – 2013. – Vol. 38. – P. 1083–1085.

42. Large-capacity multiplexing of near-identical weak fiber Bragg gratings using frequency shifted interferometry / Y. Ou, C. Zhou, L. Qian [et al.] // Optics Express. – 2015. –Vol. 23. – P. 31484–31495.

43. High-resolution, large dynamic range fiber length measurement based on a frequency-shifted asymmetric Sagnac interferometer / B. Qi, A. Tausz, L. Qian, H.-K. Lo // Optics Letters. – 2005. – Vol. 30. – P. 3287–3289.

44. Frequency-shifted Mach–Zehnder interferometer for locating multiple weak reflections alonga fiber link / B. Qi, L. Qian, A. Tausz, H.-K. Lo // IEEE Photonics Technology Letters. – 2006. – Vol. 18. – P. 295–297.

45. Multipoint sensing with a low-coherence source using single-arm frequency-shifted interferometry / Y. Zhang, F. Ye, B. Qi, L. Qian // Applied Optics. – 2016. – Vol. 55, № 21. – P. 5526–5530.

46. Морозов О.Г., Айбатов Д.Л., Садеев Т.С. Синтез двухчастотного излучения и его применения в волоконно-оптических системах распределенных и мультиплексированных измерений // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2010. – Т. 13, № 3. – С. 84–91.

47. Амплитудно-фазовые методы формирования зондирующих излучений для систем анализа волоконно-оптических структур / О.Г. Морозов, Д.Л. Айбатов, В.П. Просвирин [и др.] // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2007. – Т. 10, № 3. – С. 119–124.

48. Морозов О.Г. Амплитудно-фазовое преобразование частоты в системах временной и частотной рефлектометрии волоконно-оптических информационных и измерительных сетей // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2004. – Т. 7, № 1. – С. 63–67.

49. A quasi-distributed sensing network with time-division multiplexed fiber Bragg gratings / Y. Wang, J. Gong, D.Y. Wang [et al.] // IEEE Photonics Technology Letters. – 2011. – Vol. 23, № 1. – Р. 70–72.

50. Двухчастотный метод определения параметров резонансных датчиков СВЧ-диапазона / О.Г. Морозов, А.Р. Насыбуллин, Д.А. Веденькин [и др.] // Вестник Поволж. гос. технолог. ун-та. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. – 2014. – № 1 (20). – С. 76–86.

Аннотация:

Представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований особенностей применения кварцевых многомодовых оптических волокон (ММ ОВ) в качестве чувствительного элемента ранее предложенного альтернативного подхода для регистрации внешних механических воздействий на базе маломодовых эффектов. Рассматриваются ММ ОВ 50/125 первого поколения категории ОМ2, отличающиеся сильным проявлением дифференциальной модовой задержки (ДМЗ), в том числе за счет габаритного дефекта профиля показателя преломления в виде пика или, наоборот, провала. Предполагается, что благодаря механическим воздействиям на ММ ОВ сенсора появятся новые микро- и макроизгибы, что неизбежно изменит процессы взаимодействия и смешения модовых компонентов сигнала. В свою очередь, это должно существенно повлиять на искаженную за счет ДМЗ форму импульсного отклика маломодового оптического сигнала, возбуждаемого в ММ ОВ сенсора когерентным источником оптического излучения. В целях проверки выдвинутых предположений были проведены экспериментальные и теоретические исследования, результаты которых представлены в данной работе.

Ключевые слова: маломодовый режим, маломодовые эффекты, многомодовые оптические волокна, градиентный профиль показателя преломления, дифференциальная модовая задержка, распределенный сенсор.

Сведения об авторах:

А.В. Бурдин
Доктор технических наук, доцент, помощник ректора по инновациям, профессор кафедры линий связи и измерений в технике связи, Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, Самара, Россия, e-mail: bourdine@yandex.ru; bourdine@psuti.ru.

Е.В. Дмитриев
Кандидат технических наук, начальник научно-исследовательского отдела, Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, Самара, Россия, e-mail: nio@psati.ru.

Д.Е. Прапорщиков
Ассистент кафедры линий связи и измерений в технике связи, Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, Самара, Россия, e-mail: dep82@mail.ru.

Н.Л. Севрук
Магистрант кафедры линий связи и измерений в технике связи, Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, Самара, Россия, e-mail: nikasevruk@mail.ru.

Список литературы:

1. Кульчин Ю.Н. Распределенные волоконно-оптические измерительные системы. – М.: Физматлит, 2001. – 272 c.

2. Kang J.U. Fiber optic sensing and imaging. – New York: Springer Science, 2013. – 171 p.

3. Krohn D., MacDougall T., Mendez A. Fiber optic sensors. – Bellingham: SPIE Press, 2014. – 332 p.

4. Udd E. Field guide to fiber optic sensors. – Bellingham: SPIE Press, 2014. – 134 p.

5. Rajan G. Optical fiber sensors: advanced techniques and applications (devices, circuits, and systems). – Boca Raton: CRC Press: Taylor & Francis, 2015. – 575 p.

6. Распределенный сенсор на многомодовых оптических волокнах, работающих в маломодовом режиме / А.В. Бурдин, А.А. Федоров, В.О. Тынкован, К.В. Баранов, А.Л. Чивильгин // Фотон-Экспресс. – 2013. – № 6 (110). – С. 256–257.

7. Бурдин А.В. Дифференциальная модовая задержка кварцевых многомодовых оптических волокон разных поколений // Фотон-Экспресс. – 2008. – № 5-6 (69-70). – С. 20–22.

8. Бурдин А.В., Яблочкин К.А. Исследование дефектов профиля показателя преломления многомодовых оптических волокон кабелей связи // Инфокоммуникационные технологии. – 2010. – № 2. – С. 22–27.

9. Bourdine A. Modeling and simulation of piecewise regular multimode fiber optic links operating in a few-mode regime // Advances in Optical Technologies. – 2013. – Vol. 2013. – URL: http://www.hindawi.com/ journals/aot/2013/469389 (дата обращения: 21.06.2016).

10. Agrawal G.P. Nonlinear fiber optics. – 3rd edition. – London: Academic Press, 2001. – 467 p.

11. Bourdine A.V. Method for chromatic dispersion estimation of high-order guided modes in graded index single-cladding fibers // Proceedings of SPIE. – 2007. – Vol. 6605. – P. 660509-1–660509-13.

12. Bourdine A.V., Delmukhametov O.R. Calculation of transmission parameters of the launched higher-order modes based on the combination of a modified Gaussian approximation and a finite element method // Telecommunications and Radio Engineering. – 2013. – Vol. 72 (2). – P. 111–123.

13. Bourdine A.V. Mode coupling at the splice of diverse optical fibers // Proceedings of SPIE. – 2012. – Vol. 8787. – P. 878706-1–878706-12.

14. Ericsson FSU-975. User’s manual. – Ericsson Cables AB, 2001. – 82 p.

15. Instruction manual for high precision fiber cleaver CT-30 series. – Fujikura. – 9 p.

Аннотация:

Предложено повысить эффективность записи аподизированных волоконных брэгговских решеток путем сочетания программных и аппаратных средств. Представлена разработка новой конструкции амплитудных масок, основанных на выборе наиболее адекватных решаемой задаче функций аподизации, c проведением математического моделирования и серии экспериментов по исследованию влияния различных физических факторов на процессы записи и эксплуатации аподизированных решеток. Показана целесообразность применения модифицированной оптической схемы записи аподизированных решеток с дополнительной фокусировкой лазерного луча в плоскости за оптическим волокном и установкой соответствующих амплитудных масок. Результаты и программные продукты могут быть использованы для эффективного подавления боковых резонансов в спектре отражения волоконных брэгговских решеток, а также для прогнозирования и оптимизации спектральных характеристик аподизированных и других типов неоднородных решеток.

Ключевые слова: волоконная брэгговская решетка, аподизация, моделирование спектральных характеристик, амплитудная маска, боковые резонансы, программные и аппаратные средства.

Сведения об авторах:

В.Г. Беспрозванных
Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия, e-mail: bvg1959@rambler.ru.

С.В. Зырянов
Аспирант кафедры прикладной математики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия, e-mail: sergey.zy@gmail.com.

Список литературы:

1. Агравал Г. Применение нелинейной волоконной оптики: учеб. пособие. – СПб.: Лань, 2011. – 592 с.

2. Шишкин В.В., Гранев И.В., Шелемба И.С. Отечественный опыт производства и применения волоконно-оптических датчиков // Прикладная фотоника. – 2016. – Т. 3, № 1. – С. 61–75.

3. Волоконные решетки показателя преломления и их применения / С.А. Васильев, О.И. Медведков, И.Г. Королев, А.С. Божков, А.С. Курков, Е.М. Дианов // Квантовая электроника. – 2005. – Т. 35, № 12. – С. 1085–1103.

4. Экспериментальные характеристики волоконных брэгговских решеток с собственной анизотропией / В.Г. Беспрозванных, Е.Н. Гребенщикова, С.В. Зырянов, А.А. Оглезнев // Науч. тр. SWorld. – 2014. – Т. 2, вып. 1. – С. 51–55.

5. Patrice М., Sébatien В., Cathy С. Fiber Bragg gratings: fundamentals and applications. – NY: Artech House Publisher, 2007.

6. Особенности записи волоконных брэгговских решеток гауссовым пучком / С.Р. Абдуллина, С.А. Бабин, А.А. Власов, С.И. Каблуков // Квантовая электроника. – 2006. – Т. 36, № 10. – С. 966–970.

7. Kashyap R. Fiber Bragg gratings. – NY: Academic Press, 1999.

8. Mihailov S., Bilodeau F., Hill K. Apodization technique for fiber grating fabrication with a halftone transmission amplitude mask // Applied Optics. – 2000. – Vol. 39, № 21.

9. Достовалов А.В., Вольф А.А., Бабин С.А. Поточечная запись ВБР первого и второго порядка через полиимидное покрытие фемтосекундным излучением с длиной волны 1026 нм // Прикладная фотоника. – 2014. – Т. 1, № 2. – С. 48–61.

10. Ennser K., Zervas M. Optimization of apodizated linearly chirped fiber gratings for optical communications // IEEE Journal of Quantum Electronics. – 2008. – Vol. 34, № 5.

11. Абдуллина С.Р., Власов А.А., Бабин С.А. Сглаживание спектра волоконных брэгговских решеток в схеме записи с интерферометром Ллойда // Квантовая электроника. – 2010. – Т. 40, № 3. – С. 259–263.

12. Абдуллина С.Р., Немов И.Н., Бабин С.А. Метод подавления боковых резонансов в спектре волоконных брэгговских решеток за счет поперечного сдвига фазовой маски относительно волокна // Квантовая электроника. – 2012. – Т. 42, № 9. – С. 794–798.

13. Абдуллина С.Р., Власов А.А. Методы подавления боковых резонансов в спектре отражения волоконных брэгговских решеток // Автометрия. – 2014. – Т. 50, № 1. – С. 90–104.

14. Khan S., Islam M. Determination of the best apodization function and grating length of linearly chirped fiber Bragg grating for dispersion compensation // Journal of Communications. – 2012. – Vol. 7, № 11.

15. Белай О.В. Методы решения обратной задачи рассеяния для волоконных брэгговских решеток: дис. … канд. физ.-мат. наук. – Новосибирск, 2008. – 124 с.

16. Ikhlef A., Hedara R. Uniform fiber Bragg grating modeling and simulation used matrix transfer method // IJCSI International Journal of Computer Science Issues. – 2012. – Vol. 9, № 2.

17. Nazmi А., Taha А. Performance optimization of apodizated FBGbased temperature sensors in single and quasi-distributed DWDM systems with new and different apodization profiles // AIP Advances. – 2013. – № 122125.

Аннотация:

В данной работе был усилен слабый сигнал импульсного гольмиевого волоконного лазера с длиной волны излучения 2065 нм. Длительность импульсов не превышала 52 пс. Задающий сигнал, мощность которого составила 0,073 мВт, усилили до 45 мВт, что соответствует коэффициенту усиления 28 дБ. Форма усиленного спектра остается неизменной до значения коэффициента усиления 22,3 дБ, далее наблюдалась деформация усиленного спектра. Средняя мощность на выходе усилителя до спектральной деформации составила 12,5 мВт.

Ключевые слова: гольмиевый волоконный лазер, импульсный волоконный лазер, усиление пикосекундных импульсов, синхронизация мод, волоконный усилитель, гольмиевый усилитель, двухмикронное излучение.

Сведения об авторах:

С.А. Филатова
Аспирант, Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, ассистент, Ульяновский государственный университет, Ульяновск, Россия, e-mail: filsim2910@gmail.com.

В.А. Камынин
Ассистент, Ульяновский государственный университет, Ульяновск, Россия; младший научный сотрудник Лаборатории фотоники Пермского научного центра УрО РАН, Пермь, Россия, e-mail: kamyninva@gmail.com.

И.В. Жлуктова
Инженер лаборатории активных сред твердотельных лазеров, Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, магистрант, Московский технологический университет, Москва, Россия, e-mail: iv.zhluktova@gmail.com.

В.Б. Цветков
Доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией активных сред твердотельных лазеров, Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия; старший научный сотрудник кафедры лазерного термоядерного синтеза, Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия, e-mail: tsvetkov@lsk.gpi.ru.

Список литературы:

1. Holmium fiber laser based on the heavily doped active fiber / A.S. Kurkov [et al.] // Laser Physics Letters. – 2009. – Vol. 6, № 9. – P. 661–664.

2. Dissipative dispersion-managed soliton 2 μm thulium/holmium fiber laser / R. Gumenyuk [et al.] // Optics Letters. – 2011. – Vol. 36, № 5. – P. 609–611.

3. Holmium fibre laser emitting at 2,21 μm / S.O. Antipov [et al.] // Quantum Electronics. – 2013. – Vol. 43, № 7. – P. 603.

4. High-repetition-rate Q-switched holmium fiber laser / A.Y. Chamorovskiy [et al.] // IEEE Photonics Journal. – 2012. – Vol. 4, № 3. – P. 679–683.

5. All-fiber Ho-doped laser tunable in the range of 2,045–2,1 μm / V.A. Kamynin [et al.] // Laser Physics Letters. – 2012. – Vol. 9, № 12. – P. 893.

6. Tunable Ho-doped soliton fiber laser mode-locked by carbon nanotube saturable absorber / A.Y. Chamorovskiy [et al.] // Laser Physics Letters. – 2012. – Vol. 9, № 8. – P. 602.

7. A review of recent progress in holmium-doped silica fibre sources / A. Hemming [et al.] // Optical Fiber Technology. – 2014. – Vol. 20, № 6. – P. 621–630.

8. Antipov S.O., Kurkov A.S. A holmium-doped fiber amplifier at 2,1 μm // Laser Physics Letters. – 2013. – Vol. 10, № 12. – P. 125106.

9. High gain holmium-doped fibre amplifiers / N. Simakov [et al.] // Optics Express. – 2016. – Vol. 24, № 13. – P. 13946–13956.

10. 1,2 mJ, 1 kHz, ps-pulses at 2,05 μm from a Ho:fibre/Ho:YLF laser / K. Murari, H. Cankaya, P. Li, A. Ruehl, I. Hartl, F.X. Kartner // Europhoton Conference. – 2014. – Paper ThD-T1-O-05.

11. High energy and average power femtosecond laser for driving mid-infrared optical parametric amplifiers / P. Malevich [et al.] // Optics Letters. – 2013. – Vol. 38, № 15. – P. 2746–2749.

Аннотация:

Представлены результаты моделирования нелинейного маломодового распространения оптических импульсов в оптических волокнах. Результаты моделирования были сопоставлены с экспериментальными данными. Процесс распространения оптических импульсов в оптических волокнах описывается системой связанных нелинейных уравнений Шредингера, которая решалась модифицированным методом расщепления по физическим процессам. В отличие от традиционных процедур, эта модификация включает в себя коррекцию профиля показателя преломления и расчет параметров мод в дополнение к выполнению линейного и нелинейного операторов.

Ключевые слова: волоконный световод, мода, маломодовый режим передачи, система связанных нелинейных уравнений Шредингера, эффект Керра, профиль показателя преломления, метод приближения Гаусса, эквивалентный радиус пятна моды, метод расщепления по физическим процессам.

Сведения об авторах:

В.А. Бурдин
Доктор технических наук, профессор, проректор по науке и инновациям, заместитель заведующего кафедрой линий связи и измерений в технике связи, Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, Самара, Россия, e-mail: burdin@psati.ru.

А.В. Бурдин
Доктор технических наук, проф. каф. ЛС и ИТС, профессор кафедры ЛСиИТС, доктор технических наук, доцент, Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, Самара, Россия, e-mail: bourdine-av@psuti.ru. 

Список литературы:

1. Bottacchi S. Multi-Gigabit transmission over multimode optical fibre: theory and design methods for 10GbE systems. – Wiley, 2006. – 653 p.

2. Essiambre R.-J., Tkach R.W. Capacity trends and limits of optical communication networks // Proceedings of the IEEE. – 2012. – Vol. 100, № 5. – P. 1035–1055.

3. Agrawal G.P. Nonlinear fiber optic. – NY: Academic Press, 2013. – 648 p.

4. Сисакян И.Н., Шварцбург А.В. Нелинейная динамика пикосекундных импульсов в волоконно-оптических световодах // Квантовая электроника. – 1984. – Т. 11, № 9. – С. 1703–1721.

5. Широков С.М. Приближенные параметрические модели динамики самовоздействия импульсов в нелинейных оптических средах с модовой дисперсией // Компьютерная оптика. – 1995. – Т. 14-15, ч. 2. – С. 117–124.

6. Nonlinear semi-analytical model for simulation of few-mode fiber transmission / F. Ferreira, S. Jansen, P. Monteiro, H. Silva // IEEE Photonics Technology Letters. – 2012. – Vol. 24, № 4. – P. 240–242.

7. Mumtaz S., Essiambre R-J., Agrawal G.P. Nonlinear propagation in multimode and multicore fibers: generalization of the Manakov equations // Journal of Lightwave Technology. – 2013. – Vol. 31, № 3. – P. 398–406.

8. Burdin V.A. Approximate solution of coupled NLS equations // SPIE Proceedings. – 2008. – Vol. 7026. – P. 07-1-8.

9. Burdin V.A., Bourdine A.V. Modeling and simulation of a few-mode long-haul fiber optic transmission link // SPIE Proceedings. – 2015. – Vol. 9533. – Р. 07-1-6.

10. Burdin V.A., Bourdine A.V. Model for a few-mode nonlinear propagation of optical pulse in multimode optical fiber // OWTNM 2016 Proceedings. – 2016. – P. 11.

11. Бурдин В.А. Основы моделирования кусочно-регулярных волоконно-оптических линий передачи сетей связи. – М.: Радио и связь, 2002. – 312 с.

12. Андреев В.А., Бурдин А.В. Многомодовые оптические волокна. Теория и приложения на высокоскоростных сетях связи. – М.: Радио и связь, 2004. – 248 с.

13. Бурдин В.А., Бурдин А.В. Решение для произвольной направляемой моды круглого оптического волокна на основе метода приближения Гаусса // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2011. – Т. 14 (2). – С. 65–72.

14. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов. – М.: Радио и связь, 1987. – 656 c.

15. Comparison between theory and experiment of nonlinear propagation for 4,5-cycle optical pulses in a fused-silica fiber / N. Karasawa, S. Nakamura, R. Morita, H. Shigekawa, M.Yamashita // Nonlinear Optics. – 2000. – Vol. 24. – P. 133–138.

16. Measurements of third-order dispersion effects for generation of high-repetition-rate, sub-three-cycle transform-limited pulses from a glass fiber / S. Nakamura, L. Li, N. Karasawa, R. Morita, H. Shigekawa, M. Yamashita // Japanese Journal of Applied Physics. – 2002. – Vol. 41, № 3A. – Р. 1369–1373.

17. Finite-difference time-domain calculation with all parameters of Sellmeier's fitting equation for 12-fs laser pulse propagation in a silica fiber / S. Nakamura, Y. Koyamada, N. Yoshida, N. Karasawa, H. Sone, M. Ohtani, Y. Mizuta, R. Morita, H. Shigekawa, M. Yamashita // IEEE Photonics Technology Letters. – 2002. – Vol. 14, № 4. – P. 480–482.

18. Nakamura S., Takasawa N., Koyamada Y. Comparison between finite-difference time-domaine calculation with all parameters of sellmeier’s fitting equation and experimental results for slightly chirped 12 fs laser pulse propagation in silica fiber // IEEE Journal of Lightwave Technology. – 2005. – Vol. 23, № 2. – P. 855–863.

19. Extended finite difference time domaine analysis of induced phase modulation and four-wave mixing between two-color femtosecond laser pulses in a silica fiber with different initial delays / S. Nakamura, N. Takasawa, Y. Koyamada, H. Sone, L. Xu, R. Morita, M. Yamashita // Japanese Journal of Applied Physics. – 2005. – Vol. 44, № 10. – P. 7453–7459.

20. Nakamura S. Comparison between finite-difference time-domain method and experimental results for femtosecond laser pulse propagation, coherence and ultrashort pulse laser emission // Intech. – 2010. – P. 449–442.

21. Discription of F-SPV polarization maintaining fiber. – URL: https://www.newport.com/p/F-SPV (дата обращения: 17.06.2016).

22. Standard polarization maintaining fibers. – URL: https:// www.newport.com/f/standard-polarization-maintaining-fibers?q=:familyRelevance: suppress:false:npCategory:polarization-maintaining-optical-fibers (дата обращения: 14.06.2016).

23. Krieg M.L. Absolute heterodyne interferometer for strongly aspherical mirrors. – 2004. – 177 p.

Аннотация:

Впервые экспериментально продемонстрирована возможность получения необращенной аппаратной функции в отраженном свете от волоконного интерферометра типа Фабри–Перо – отражательного интерферометра – с использованием полностью диэлектрических фазовых структур и без использования омически поглощающих элементов, значительно снижающих лучевую стойкость структуры его переднего зеркала. Проведен численный поиск приближения теоретического профиля к экспериментальному с помощью формул аппаратной функции в приближении плоских волн. Результаты приближения подтверждают предположение об асимметричном отражении переднего зеркала экспериментального образца, а также с хорошей точностью подтверждают и другие параметры резонатора. Данный образец отражательного интерферометра имеет предельно возможную лучевую стойкость из-за использования в его структуре только непоглощающих диэлектрических материалов и может применяться для селекции мод в лазерном линейном резонаторе в качестве одного из зеркал с такими же ограничениями по мощности излучения, как для волоконного интерферометра Фабри–Перо.

Ключевые слова: многолучевая интерференция, отражательный интерферометр, дифракция, лазерный резонатор, волоконные лазеры, диодные лазеры.

Сведения об авторах:

В.С. Терентьев
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории волоконной оптики, Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия, e-mail: terentyev@iae.nsk.su.

В.А. Симонов
Инженер-программист лаборатории волоконной оптики, Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия, e-mail: visimonov@gmail.com.

Список литературы:

1. Троицкий Ю.В. Многолучевые интерферометры отраженного света. – Новосибирск: Наука, 1985. – 208 с.

2. Троицкий Ю.В. Одночастотная генерация в газовых лазерах. – Новосибирск: Наука, 1975. – 159 с.

3. Tunable erbium-doped fiber ring laser for applications of infrared absorption spectroscopy / H.Y. Ryu, W.-K. Lee, H.S. Moon, H.S. Suh // Optics Communications. – 2007. – № 275. – P. 379–384.

4. Hsu K., Yamashita S. Single-polarization generation in fiber Fabry– Perot laser by self-injection locking in short feedback cavity // Journal of Lightwave Technology. – 2001. – № 19 (4). – Р. 520–526.

5. Single-frequency and single-polarization DFB fiber laser based on tapered FBG and self-injection locking / B. Yin, S. Feng, Z. Liu, Y. Bai, S. Jian // IEEE Photonics Journal. – 2015. – № 7 (3). – P. 1501909-9.

6. Li A., Huang Q., Bogaerts W. Design of a single all-silicon ring resonator with a 150 nm free spectral range and a 100 nm tuning range around 1550 nm // Photonics Research. – 2016. – № 4 (2). – P. 84–92.

7. Shirazi M.F., Jeon M., Kim J. 850 nm centered wavelength-swept laser based on a wavelength selection galvo filter // Chinese Optics Letters. – 2016. – № 14 (1). – P. 011401.

8. Терентьев В.С., Симонов В.А. Cелекция излучения волоконного лазера с линейным резонатором с помощью отражательного интерферометра // Квантовая электроника. – 2013. – Т. 43, № 8. – С. 706–710.

9. Terentyev V.S., Simonov V.A., Babin S.A. Multiple-beam reflection interferometer formed in a single-mode fiber for applications in fiber lasers // Optic Express. – 2016. – Vol. 24, № 5. – P. 4512–4518.

10. Терентьев В.С. Численное моделирование волоконного отражательного дифракционного интерферометра // Автометрия. – 2012. – Т. 48, № 4. – С. 41–54.

11. Терентьев В.С., Симонов В.А. Численное моделирование волоконного отражательного фильтра на основе металлодиэлектрической дифракционной структуры с повышенной лучевой стойкостью // Квантовая электроника. – 2016. – Т. 46, № 2. – С. 142–146.

12. Terentiev V.S., Dostovalov A.V., Simonov V.A. Reflection interferometers formed on the single-mode fiber tip // Laser Physics. – 2013. – Vol. 23. – P. 085108 (5 p.).