Adresovaná vláknová Braggova struktura - Addressed fiber Bragg structure

An adresovaná Braggova struktura (AFBS) je vláknová Braggova mřížka, optický frekvenční odezva z nichž zahrnuje dvě úzkopásmové komponenty s frekvenčním rozestupem mezi nimi (což je frekvenční adresa AFBS), která je v vysokofrekvenční (RF) rozsah. Frekvenční rozestup (frekvence adres) je jedinečný pro každý AFBS v dotazovacím obvodu a nemění se, když je AFBS vystaven kmen nebo teplota variace. Braggova struktura s adresovanými vlákny může v systému vykonávat trojí funkci optický senzor systémy: a senzor, tvarovač dvojfrekvenčního sondovacího záření a multiplexor. Klíčovým rysem AFBS je, že umožňuje definovat jeho centrální vlnovou délku bez skenování jeho spektrální odezvy, na rozdíl od konvenčních Braggových mřížek (FBG), které jsou snímány pomocí optoelektronických dotazovačů. An dotazovací obvod AFBS je významně zjednodušený ve srovnání s konvenčními vyšetřovateli a skládá se ze širokopásmového optického zdroje (například a superluminiscenční dioda ), optický filtr s předdefinovanou lineární nakloněnou frekvenční odezvou a a fotodetektor. Princip dotazování AFBS skutečně umožňuje zahrnout několik AFBS se stejnou centrální vlnovou délkou a různými frekvencemi adres do jednoho měřicího systému.

Obrázek 1: Schéma změny indexu lomu Braggovy struktury adresované vláknem typu 2π-FBG (a), její spektrální odezvy (b). λ_B je střední (Braggova) vlnová délka, Ω je frekvence adresy, S₁(λ) - S.₃(λ) označují přenosové matice popisující jednotné řezy AFBS, S_φ(λ) označuje přenosovou matici popisující část fázového posunu AFBS.

Dějiny

Koncept adresovaných vláken Braggových struktur představil v roce 2018 Airat Sakhabutdinov^[1] a vyvinut ve spolupráci se svým vědeckým poradcem Olegem Morozovem. Myšlenka vyplynula z dřívějších prací Morozova a jeho kolegů,^[2]^[3] kde dvojfrekvenční optické záření z elektrooptický modulátor byl použit pro definici centrální vlnové délky FBG na základě amplitudové a fázové analýzy pulzujícího signálu při frekvenci rovnající se vzdálenosti mezi dvěma složkami sondovacího záření. To eliminuje potřebu skenování spektrální odezvy FBG a současně poskytuje vysokou přesnost měření a snižuje náklady na systém.^[1]^[2] AFBS byl vyvinut jako další krok ke zjednodušení vyšetřovacích systémů FBG přenosem tvarování dvojfrekvenčního sondovacího záření ze zdrojového modulátoru do samotného senzoru.^[1]

Typy AFBS

Dosud byly představeny dva typy AFBS s různými mechanismy tvorby dvojfrekvenčního záření: 2π-FBG a 2λ-FBG.

2π-FBG

2π-FBG je FBG se dvěma diskrétními fázovými posuny π.^[4]^[5]^[6] Skládá se ze tří postupných uniformních FBG s mezerami rovnými jedné mřížkové periodě mezi nimi (viz obr. 1). V systému musí být paralelně připojeno několik 2π-FBG, aby fotodetektor přijímal světlo šířené strukturami.

2λ-FBG

2λ-FBG se skládá ze dvou identických ultra úzkých FBG, jejichž centrální vlnové délky jsou odděleny frekvencí adres.^[7]^[8] Několik 2λ-FBG v systému může být zapojeno do série, takže fotodetektor přijímá světlo odražené od struktur.

Princip výslechu

Obrázek 2: Schéma dotazování pro dvě adresované vláknové Braggovy struktury (typu 2π-FBG): 1 - širokopásmový optický zdroj; 2.1 a 2.2 - adresované Braggovy struktury vláken; 3 - optický filtr s předdefinovanou lineární nakloněnou frekvenční odezvou; 4, 7 - fotodetektory; 5, 8 - analogově-digitální převaděče; 6, 9 - rozdělovače optických vláken; 10 - vazební člen z optických vláken; a - e - optická spektra.

Obr. 2 představuje blokové schéma dotazovacího systému pro dva AFBS (typu 2π-FBG) s různými adresovými frekvencemi Ω₁ a Ω₂. Širokopásmový světelný zdroj 1 generuje kontinuální světelné záření (diagram A), což odpovídá šířce pásma měření. Světlo je přenášeno přes vazební člen z optických vláken 9, poté vstoupí do dvou AFBS 2.1 a 2.2. Oba AFBS vysílají dvoufrekvenční záření, které se sčítá do kombinovaného záření (diagram b) pomocí jiného spojovacího zařízení 10. Na výstupu vazebního členu čtyřfrekvenční záření (diagram C) je vytvořen, který je odeslán prostřednictvím a rozdělovač optických vláken 6. Rozdělovač rozděluje optický signál na dva kanály - měřicí kanál a referenční kanál. V měřicím kanálu optický filtr 3 s předdefinovanou lineární nakloněnou frekvenční odezvou, která upravuje amplitudy čtyřfrekvenčního záření na asymetrické záření (diagram d). Poté je signál odeslán do fotodetektoru 4 a je přijímán měřením analogově-digitální převodník (ADC) 5. Signál z ADC se používá k definování informací o měření z AFBS. V referenčním kanálu je signál (diagram E) je odeslán do referenčního fotodetektoru 7 pro řízení výstupu optického výkonu a poté je přijímán referenčním ADC 8. Tím je dosaženo normalizace intenzity výstupního signálu a všechny následující výpočty jsou prováděny pomocí vztahů intenzit v měřicím a referenčním kanálu.^[5]^[6]

Předpokládejme, že odezva od každé spektrální složky AFBS je představována jedinou harmonickou, pak lze celkovou optickou odezvu ze dvou AFBS vyjádřit jako:^[1]^[4]

{ displaystyle F (t) = left [{ sum _ {i = 1} ^ {N} A_ {i} sin ( omega _ {i} t) + B_ {i} sin (( omega _ {i} + Omega _ {i}) t)} vpravo] ^ {2},}

kde A_i, B_i jsou amplitudy frekvenčních složek i-th AFBS; ω_i, je frekvence levých spektrálních složek i-th AFBS; Ω_i je frekvence adres z i-Tý AFBS.

Světelný výkon přijímaný fotodetektorem lze popsat následujícím výrazem:

{ displaystyle P (t) = součet _ {i = 1} ^ {N} součet _ {k = 1} ^ {N} doleva ({A_ {i} A_ {k} cos (( omega _ {i} - omega _ {k}) t) + A_ {i} B_ {k} cos (( omega _ {i} - omega _ {k} - Omega _ {k}) t) + na vrcholu B_ {i} A_ {k} cos (( omega _ {i} - omega _ {k} + Omega _ {i}) t) + B_ {i} B_ {k} cos ( ( omega _ {i} - omega _ {k} + Omega _ {i} - Omega _ {k}) t)} vpravo).}

Úzkopásmovým přizpůsobením signálu P(t) na adresových frekvencích lze získat systém rovnic, pomocí kterých lze definovat centrální frekvence AFBS:

{ displaystyle sum _ {i = 1} ^ {N} sum _ {k = 1} ^ {N} left ({A_ {i} A_ {k} exp left (- { frac {( Omega _ {j} - | omega _ {i} - omega _ {k} |) ^ {2}} {2 sigma ^ {2}}} vpravo) + A_ {i} B_ {k} exp left (- { frac {( Omega _ {j} - | omega _ {i} - omega _ {k} - Omega _ {k} |) ^ {2}} {2 sigma ^ {2}}} vpravo) + na vrcholu B_ {i} A_ {k} exp left (- { frac {( Omega _ {j} - | omega _ {i} - omega _ { k} + Omega _ {i} |) ^ {2}} {2 sigma ^ {2}}} vpravo) + B_ {i} B_ {k} exp left (- { frac {( Omega _ {j} - | omega _ {i} - omega _ {k} + Omega _ {i} - Omega _ {k} |) ^ {2}} {2 sigma ^ {2}} } right)} right) = D_ {j}, j = { overline {1, N}},}

kde D_j je amplituda signálu na adresních frekvencích Ω_ja exponenciální multiplikátory popisují pásmové filtry na adresních frekvencích.

Viz také

Reference

^ ^A ^b ^C ^d Sakhabutdinov A.J. Mikrovlno-fotonické senzorické systémy založené na Braggových strukturách s adresními vlákny a jejich aplikaci pro řešení praktických problémů. D.Sc. Teze. Kazan: Kazanská národní výzkumná technická univerzita pojmenovaná po A.N. Tupolev-KAI Publ., 2018. (v ruštině)
^ ^A ^b Morozov O.G. Symetrická dvoufrekvenční reflektometrie pro monitorování přírodních a umělých médií. D.Sc. Teze. Kazan, 2004. 333 s. (v Rusku)
^ Ilyin, G.I .; Morozov, O.G. Jednofrekvenční koherentní záření v metodě dvoufrekvenční konverze Patent RU č. A 1338647 SU 4 G02F 1/03. Žádost 13.04.83; Publikováno 20.04.2004.
^ ^A ^b Morozov, O.G .; Sakhabutdinov, A.J. (Srpen 2019). „Adresované vláknové Braggovy struktury v kvazi-distribuovaných mikrovlnně-fotonických senzorových systémech“ (PDF). Počítačová optika (v Rusku). 43 (4): 535–543. doi:10.18287/2412-6179-2019-43-4-535-543. ISSN 2412-6179.
^ ^A ^b Agliullin, T. A .; Gubaidullin, R. R .; Morozov, O. G .; Zh. Sahabutdinov, A .; Ivanov, V. (březen 2019). „Systém pro měření namáhání pneumatik založený na adresovaných strukturách FBG“. 2019 Systémy generování a zpracování signálů v oblasti palubní komunikace. Moskva, Rusko: IEEE: 1–5. doi:10.1109 / SOSG.2019.8706815. ISBN 978-1-7281-0606-9.
^ ^A ^b Sahabutdinov, A. Zh .; Morozov, O. G .; Agliullin, T. A .; Gubaidullin, R. R .; Ivanov, V. (březen 2020). „Modelování spektrální odezvy adresovaných struktur FBG v ložiskách snímajících zatížení“. 2020 Systémy generování a zpracování signálů v oblasti palubní komunikace. Moskva, Rusko: IEEE: 1–4. doi:10.1109 / IEEECONF48371.2020.9078659. ISBN 978-1-7281-4772-7.
^ Gubaidullin, R. R .; Sahabutdinov, A. Zh .; Agliullin, T. A .; Morozov, O. G .; Ivanov, V. (červenec 2019). "Aplikace adresovaných vláken Braggových struktur pro měření deformace pneumatik". 2019 Systémy synchronizace, generování a zpracování signálu v telekomunikacích (SYNCHROINFO). Rusko: IEEE: 1–7. doi:10.1109 / SYNCHROINFO.2019.8813908. ISBN 978-1-7281-3238-9.
^ Morozov, OG; Sakhabutdinov, A Zh; Nurev, já já; Misbakhov, R Sh (listopad 2019). „Technologie modelování a záznamu adresových vláken Braggových struktur založených na dvou identických ultra úzkých mřížkách s různými středními vlnovými délkami“. Journal of Physics: Conference Series. 1368: 022049. doi:10.1088/1742-6596/1368/2/022049. ISSN 1742-6588.

externí odkazy

[:0-1] A ^b ^C ^d Sakhabutdinov A.J. Mikrovlno-fotonické senzorické systémy založené na Braggových strukturách s adresními vlákny a jejich aplikaci pro řešení praktických problémů. D.Sc. Teze. Kazan: Kazanská národní výzkumná technická univerzita pojmenovaná po A.N. Tupolev-KAI Publ., 2018. (v ruštině)

[:1-2] A ^b Morozov O.G. Symetrická dvoufrekvenční reflektometrie pro monitorování přírodních a umělých médií. D.Sc. Teze. Kazan, 2004. 333 s. (v Rusku)

[3] Ilyin, G.I .; Morozov, O.G. Jednofrekvenční koherentní záření v metodě dvoufrekvenční konverze Patent RU č. A 1338647 SU 4 G02F 1/03. Žádost 13.04.83; Publikováno 20.04.2004.

[:4-4] A ^b Morozov, O.G .; Sakhabutdinov, A.J. (Srpen 2019). „Adresované vláknové Braggovy struktury v kvazi-distribuovaných mikrovlnně-fotonických senzorových systémech“ (PDF). Počítačová optika (v Rusku). 43 (4): 535–543. doi:10.18287/2412-6179-2019-43-4-535-543. ISSN 2412-6179.

[:2-5] A ^b Agliullin, T. A .; Gubaidullin, R. R .; Morozov, O. G .; Zh. Sahabutdinov, A .; Ivanov, V. (březen 2019). „Systém pro měření namáhání pneumatik založený na adresovaných strukturách FBG“. 2019 Systémy generování a zpracování signálů v oblasti palubní komunikace. Moskva, Rusko: IEEE: 1–5. doi:10.1109 / SOSG.2019.8706815. ISBN 978-1-7281-0606-9.

[:3-6] A ^b Sahabutdinov, A. Zh .; Morozov, O. G .; Agliullin, T. A .; Gubaidullin, R. R .; Ivanov, V. (březen 2020). „Modelování spektrální odezvy adresovaných struktur FBG v ložiskách snímajících zatížení“. 2020 Systémy generování a zpracování signálů v oblasti palubní komunikace. Moskva, Rusko: IEEE: 1–4. doi:10.1109 / IEEECONF48371.2020.9078659. ISBN 978-1-7281-4772-7.

[7] Gubaidullin, R. R .; Sahabutdinov, A. Zh .; Agliullin, T. A .; Morozov, O. G .; Ivanov, V. (červenec 2019). "Aplikace adresovaných vláken Braggových struktur pro měření deformace pneumatik". 2019 Systémy synchronizace, generování a zpracování signálu v telekomunikacích (SYNCHROINFO). Rusko: IEEE: 1–7. doi:10.1109 / SYNCHROINFO.2019.8813908. ISBN 978-1-7281-3238-9.

[8] Morozov, OG; Sakhabutdinov, A Zh; Nurev, já já; Misbakhov, R Sh (listopad 2019). „Technologie modelování a záznamu adresových vláken Braggových struktur založených na dvou identických ultra úzkých mřížkách s různými středními vlnovými délkami“. Journal of Physics: Conference Series. 1368: 022049. doi:10.1088/1742-6596/1368/2/022049. ISSN 1742-6588.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]