在微型光谱仪的普及与应用中,尽管体积小、价格便宜,但其光谱分辨力仅能达到0.1nm数量级,这远远不足以满足FBG解调所需的pm级精度。为了克服这一局限性,本文提出了一种基于F-P可调谐滤波器和波长基准器,结合插值-相关谱法的高精度解调方法。
首先,我们回顾了FBG传感器原理。在Bragg衍射原理下,当宽带光源发出的光入射到FBG时,它将以Bragg波长为中心的窄带范围内反射回来。由于栅距A和有效折射率neff对Bragg波长λB有影响,任何对栅距或有效折射率变化都会导致反射波长λB漂移,从而实现外界参量如温度、应变等物理量编码。
接下来,我们介绍了插值-相关谱法原理。这一方法利用互相关函数来表示两个频谱相似性的特性,即通过比较原始频谱和漂移后频谱得出最优匹配点,从而测定出实际偏移量。该方法不仅能够抑制噪声,还能提高测量精度,并且在理论上,其信噪比随着采样点数N增加而线性增大,因此可以有效地减少误差并提高系统性能。
实验结果表明,在采用中心波长为1550nm LED发出的光经过3dB耦合器进入F-P可调谐滤波器(FOOL2上型)后的条件下,该系统能够实现高精度解码。此外,对于不同情况下的测试数据分析显示,采用插值-相关谱法可以显著提高测量精度,而直接求峰值或未进行插值的情况下则存在较大的误差。
最后,我们总结了本文提出的方法及其优势。在理论分析与实践验证中,本系统证明了通过结合线性插值和相关谱法,可以实现高达1pm的分辨力以及±0.2℃的温度测量精度,为广泛应用于工程领域提供了一种新的解决方案。