超弱光纤布拉格光栅的时分波分多路传感器网络设计与性能研究

本文主要探讨了一种基于超弱光纤布拉格光栅（Ultra-Weak Fiber Bragg Gratings, UWBGs）的时间和波长分复用（Time-and-Wavelength Division Multiplexing, TWDM）传感器网络的设计与性能评估。UWBGs以其低插入损耗和高复用能力，在传感技术领域展现出巨大潜力。论文首先通过理论分析深入研究了这种新型传感器网络的特性，包括其在信号传输中的高效性和对微小变化的敏感性。 超弱光纤布拉格光栅是一种光波长调制技术，它利用光的干涉原理，当特定波长的光照射到光纤上的特定结构时，会发生反射，形成特定的反射峰。这些光栅的峰值反射率范围在-47dB到-51dB之间，这使得它们即使在微弱信号环境中也能表现出优异的信号检测性能。 为了实现高效的多通道通信和数据采集，研究者构建了一个系统，包括两个半导体光学放大器（Semiconductor Optical Amplifiers, SOAs）和一个高速的电荷耦合器件（Charge-Coupled Device, CCD）模块。这一组合旨在同时监测和解码多达2000个串联的超弱光纤布拉格光栅，实现了大规模的数据采集和处理。SOAs用于补偿信号在传输过程中的衰减，而CCD模块则负责将光信号转化为电信号，以便后续的信号处理和数据分析。 实验部分展示了这种TWDM传感器网络在实际应用中的性能，包括信噪比、动态范围和多通道同步性等关键指标。结果显示，该设计能够在保持高精度的同时，支持大量传感器的并行工作，这对于物联网（Internet of Things, IoT）、环境监测或工业自动化等需要大规模分布式感知的应用场景具有显著优势。 这篇研究论文不仅介绍了超弱光纤布拉格光栅在传感器网络中的应用，还展示了如何通过精心设计的系统来提升其性能，为未来的光通信和传感技术提供了新的发展方向。通过结合低损耗、高复用和高性能的硬件，这种传感器网络有望在多个领域开启新的可能性，推动信息技术的进一步发展。