Abstract

A fiber Bragg grating sensor array is interrogated by use of a passively mode-locked fiber laser source. A novel demodulation scheme that uses highly dispersive fiber to convert the grating wavelength shift to a temporal shift in the arrival time of the reflected pulses is demonstrated. The source bandwidth of >85 nm permits interrogation of many-grating arrays, and the demodulation technique permits fast sensing of large strains.

© 1997 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. E. J. Friebele, C. G. Askins, M. A. Putnam, A. A. Fosha, J. Florio, R. P. Donti, and R. G. Blosser, Electron. Lett. 30, 1783 (1994).
    [CrossRef]
  2. A. D. Kersey, M. A. Davis, T. A. Berkoff, D. G. Bellemore, K. P. Koo, and R. T. Jones, Proc. SPIE 2839, 40 (1996).
    [CrossRef]
  3. M. A. Davis, D. G. Bellemore, and A. D. Kersey, J. Cement Concrete Composites 19, (1997).
    [CrossRef]
  4. G. A. Ball and W. W. Morey, Opt. Lett. 19, 1979 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. A. D. Kersey, T. A. Berkoff, and W. W. Morey, Opt. Lett. 18, 1370 (1993).
    [CrossRef]
  6. M. G. Xu, H. Geiger, J. L. Archambault, L. Reekie, and J. P. Dakin, Electron. Lett. 29, 1510 (1993).
    [CrossRef]
  7. M. A. Davis and A. D. Kersey, Electron. Lett. 30, 75 (1994).
    [CrossRef]
  8. C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, Proc. SPIE 2444, 257 (1995).
    [CrossRef]
  9. M. Y. Frankel and R. D. Esman, IEEE Trans. Microwave Theory Technol. 43, 2387 (1995).
    [CrossRef]
  10. V. J. Matsas, T. P. Newson, and M. N. Zervas, Opt. Commun. 92, 61 (1992).
    [CrossRef]
  11. K. Tamura, C. R. Doerr, L. E. Nelson, H. A. Haus, and E. P. Ippen, Opt. Lett. 19, 46 (1993).
    [CrossRef]
  12. H. A. Haus, J. G. Fujimoto, and E. P. Ippen, J. Opt. Soc. Am. B 8, 2068 (1991).
    [CrossRef]
  13. H. A. Haus, K. Tamura, L. E. Nelson, and E. P. Ippen, IEEE J. Quantum Electron. 31, 591 (1995).
    [CrossRef]
  14. D. C. Hall, W. K. Burns, and R. P. Moeller, J. Lightwave Technol. 13, 1452 (1995).
    [CrossRef]
  15. C. W. Hodgson and A. M. Vengsarkar, in Optical Fiber Communication Conference, Vol. 2 of 1996 OSA Technical Digest Series (Optical Society of America, Washington, D.C., 1996), pp. 29–30.
  16. T. Morioka, K. Mori, and M. Saruwatari, Electron. Lett. 29, 862 (1993).
    [CrossRef]

1997 (1)

M. A. Davis, D. G. Bellemore, and A. D. Kersey, J. Cement Concrete Composites 19, (1997).
[CrossRef]

1996 (1)

A. D. Kersey, M. A. Davis, T. A. Berkoff, D. G. Bellemore, K. P. Koo, and R. T. Jones, Proc. SPIE 2839, 40 (1996).
[CrossRef]

1995 (4)

C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, Proc. SPIE 2444, 257 (1995).
[CrossRef]

M. Y. Frankel and R. D. Esman, IEEE Trans. Microwave Theory Technol. 43, 2387 (1995).
[CrossRef]

H. A. Haus, K. Tamura, L. E. Nelson, and E. P. Ippen, IEEE J. Quantum Electron. 31, 591 (1995).
[CrossRef]

D. C. Hall, W. K. Burns, and R. P. Moeller, J. Lightwave Technol. 13, 1452 (1995).
[CrossRef]

1994 (3)

M. A. Davis and A. D. Kersey, Electron. Lett. 30, 75 (1994).
[CrossRef]

E. J. Friebele, C. G. Askins, M. A. Putnam, A. A. Fosha, J. Florio, R. P. Donti, and R. G. Blosser, Electron. Lett. 30, 1783 (1994).
[CrossRef]

G. A. Ball and W. W. Morey, Opt. Lett. 19, 1979 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

1993 (4)

A. D. Kersey, T. A. Berkoff, and W. W. Morey, Opt. Lett. 18, 1370 (1993).
[CrossRef]

M. G. Xu, H. Geiger, J. L. Archambault, L. Reekie, and J. P. Dakin, Electron. Lett. 29, 1510 (1993).
[CrossRef]

T. Morioka, K. Mori, and M. Saruwatari, Electron. Lett. 29, 862 (1993).
[CrossRef]

K. Tamura, C. R. Doerr, L. E. Nelson, H. A. Haus, and E. P. Ippen, Opt. Lett. 19, 46 (1993).
[CrossRef]

1992 (1)

V. J. Matsas, T. P. Newson, and M. N. Zervas, Opt. Commun. 92, 61 (1992).
[CrossRef]

1991 (1)

Archambault, J. L.

M. G. Xu, H. Geiger, J. L. Archambault, L. Reekie, and J. P. Dakin, Electron. Lett. 29, 1510 (1993).
[CrossRef]

Askins, C. G.

C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, Proc. SPIE 2444, 257 (1995).
[CrossRef]

E. J. Friebele, C. G. Askins, M. A. Putnam, A. A. Fosha, J. Florio, R. P. Donti, and R. G. Blosser, Electron. Lett. 30, 1783 (1994).
[CrossRef]

Ball, G. A.

Bellemore, D. G.

M. A. Davis, D. G. Bellemore, and A. D. Kersey, J. Cement Concrete Composites 19, (1997).
[CrossRef]

A. D. Kersey, M. A. Davis, T. A. Berkoff, D. G. Bellemore, K. P. Koo, and R. T. Jones, Proc. SPIE 2839, 40 (1996).
[CrossRef]

Berkoff, T. A.

A. D. Kersey, M. A. Davis, T. A. Berkoff, D. G. Bellemore, K. P. Koo, and R. T. Jones, Proc. SPIE 2839, 40 (1996).
[CrossRef]

A. D. Kersey, T. A. Berkoff, and W. W. Morey, Opt. Lett. 18, 1370 (1993).
[CrossRef]

Blosser, R. G.

E. J. Friebele, C. G. Askins, M. A. Putnam, A. A. Fosha, J. Florio, R. P. Donti, and R. G. Blosser, Electron. Lett. 30, 1783 (1994).
[CrossRef]

Burns, W. K.

D. C. Hall, W. K. Burns, and R. P. Moeller, J. Lightwave Technol. 13, 1452 (1995).
[CrossRef]

Dakin, J. P.

M. G. Xu, H. Geiger, J. L. Archambault, L. Reekie, and J. P. Dakin, Electron. Lett. 29, 1510 (1993).
[CrossRef]

Davis, M. A.

M. A. Davis, D. G. Bellemore, and A. D. Kersey, J. Cement Concrete Composites 19, (1997).
[CrossRef]

A. D. Kersey, M. A. Davis, T. A. Berkoff, D. G. Bellemore, K. P. Koo, and R. T. Jones, Proc. SPIE 2839, 40 (1996).
[CrossRef]

M. A. Davis and A. D. Kersey, Electron. Lett. 30, 75 (1994).
[CrossRef]

Doerr, C. R.

Donti, R. P.

E. J. Friebele, C. G. Askins, M. A. Putnam, A. A. Fosha, J. Florio, R. P. Donti, and R. G. Blosser, Electron. Lett. 30, 1783 (1994).
[CrossRef]

Esman, R. D.

M. Y. Frankel and R. D. Esman, IEEE Trans. Microwave Theory Technol. 43, 2387 (1995).
[CrossRef]

Florio, J.

E. J. Friebele, C. G. Askins, M. A. Putnam, A. A. Fosha, J. Florio, R. P. Donti, and R. G. Blosser, Electron. Lett. 30, 1783 (1994).
[CrossRef]

Fosha, A. A.

E. J. Friebele, C. G. Askins, M. A. Putnam, A. A. Fosha, J. Florio, R. P. Donti, and R. G. Blosser, Electron. Lett. 30, 1783 (1994).
[CrossRef]

Frankel, M. Y.

M. Y. Frankel and R. D. Esman, IEEE Trans. Microwave Theory Technol. 43, 2387 (1995).
[CrossRef]

Friebele, E. J.

C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, Proc. SPIE 2444, 257 (1995).
[CrossRef]

E. J. Friebele, C. G. Askins, M. A. Putnam, A. A. Fosha, J. Florio, R. P. Donti, and R. G. Blosser, Electron. Lett. 30, 1783 (1994).
[CrossRef]

Fujimoto, J. G.

Geiger, H.

M. G. Xu, H. Geiger, J. L. Archambault, L. Reekie, and J. P. Dakin, Electron. Lett. 29, 1510 (1993).
[CrossRef]

Hall, D. C.

D. C. Hall, W. K. Burns, and R. P. Moeller, J. Lightwave Technol. 13, 1452 (1995).
[CrossRef]

Haus, H. A.

Hodgson, C. W.

C. W. Hodgson and A. M. Vengsarkar, in Optical Fiber Communication Conference, Vol. 2 of 1996 OSA Technical Digest Series (Optical Society of America, Washington, D.C., 1996), pp. 29–30.

Ippen, E. P.

Jones, R. T.

A. D. Kersey, M. A. Davis, T. A. Berkoff, D. G. Bellemore, K. P. Koo, and R. T. Jones, Proc. SPIE 2839, 40 (1996).
[CrossRef]

Kersey, A. D.

M. A. Davis, D. G. Bellemore, and A. D. Kersey, J. Cement Concrete Composites 19, (1997).
[CrossRef]

A. D. Kersey, M. A. Davis, T. A. Berkoff, D. G. Bellemore, K. P. Koo, and R. T. Jones, Proc. SPIE 2839, 40 (1996).
[CrossRef]

M. A. Davis and A. D. Kersey, Electron. Lett. 30, 75 (1994).
[CrossRef]

A. D. Kersey, T. A. Berkoff, and W. W. Morey, Opt. Lett. 18, 1370 (1993).
[CrossRef]

Koo, K. P.

A. D. Kersey, M. A. Davis, T. A. Berkoff, D. G. Bellemore, K. P. Koo, and R. T. Jones, Proc. SPIE 2839, 40 (1996).
[CrossRef]

Matsas, V. J.

V. J. Matsas, T. P. Newson, and M. N. Zervas, Opt. Commun. 92, 61 (1992).
[CrossRef]

Moeller, R. P.

D. C. Hall, W. K. Burns, and R. P. Moeller, J. Lightwave Technol. 13, 1452 (1995).
[CrossRef]

Morey, W. W.

Mori, K.

T. Morioka, K. Mori, and M. Saruwatari, Electron. Lett. 29, 862 (1993).
[CrossRef]

Morioka, T.

T. Morioka, K. Mori, and M. Saruwatari, Electron. Lett. 29, 862 (1993).
[CrossRef]

Nelson, L. E.

H. A. Haus, K. Tamura, L. E. Nelson, and E. P. Ippen, IEEE J. Quantum Electron. 31, 591 (1995).
[CrossRef]

K. Tamura, C. R. Doerr, L. E. Nelson, H. A. Haus, and E. P. Ippen, Opt. Lett. 19, 46 (1993).
[CrossRef]

Newson, T. P.

V. J. Matsas, T. P. Newson, and M. N. Zervas, Opt. Commun. 92, 61 (1992).
[CrossRef]

Putnam, M. A.

C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, Proc. SPIE 2444, 257 (1995).
[CrossRef]

E. J. Friebele, C. G. Askins, M. A. Putnam, A. A. Fosha, J. Florio, R. P. Donti, and R. G. Blosser, Electron. Lett. 30, 1783 (1994).
[CrossRef]

Reekie, L.

M. G. Xu, H. Geiger, J. L. Archambault, L. Reekie, and J. P. Dakin, Electron. Lett. 29, 1510 (1993).
[CrossRef]

Saruwatari, M.

T. Morioka, K. Mori, and M. Saruwatari, Electron. Lett. 29, 862 (1993).
[CrossRef]

Tamura, K.

H. A. Haus, K. Tamura, L. E. Nelson, and E. P. Ippen, IEEE J. Quantum Electron. 31, 591 (1995).
[CrossRef]

K. Tamura, C. R. Doerr, L. E. Nelson, H. A. Haus, and E. P. Ippen, Opt. Lett. 19, 46 (1993).
[CrossRef]

Vengsarkar, A. M.

C. W. Hodgson and A. M. Vengsarkar, in Optical Fiber Communication Conference, Vol. 2 of 1996 OSA Technical Digest Series (Optical Society of America, Washington, D.C., 1996), pp. 29–30.

Xu, M. G.

M. G. Xu, H. Geiger, J. L. Archambault, L. Reekie, and J. P. Dakin, Electron. Lett. 29, 1510 (1993).
[CrossRef]

Zervas, M. N.

V. J. Matsas, T. P. Newson, and M. N. Zervas, Opt. Commun. 92, 61 (1992).
[CrossRef]

Electron. Lett. (4)

E. J. Friebele, C. G. Askins, M. A. Putnam, A. A. Fosha, J. Florio, R. P. Donti, and R. G. Blosser, Electron. Lett. 30, 1783 (1994).
[CrossRef]

M. G. Xu, H. Geiger, J. L. Archambault, L. Reekie, and J. P. Dakin, Electron. Lett. 29, 1510 (1993).
[CrossRef]

M. A. Davis and A. D. Kersey, Electron. Lett. 30, 75 (1994).
[CrossRef]

T. Morioka, K. Mori, and M. Saruwatari, Electron. Lett. 29, 862 (1993).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

H. A. Haus, K. Tamura, L. E. Nelson, and E. P. Ippen, IEEE J. Quantum Electron. 31, 591 (1995).
[CrossRef]

IEEE Trans. Microwave Theory Technol. (1)

M. Y. Frankel and R. D. Esman, IEEE Trans. Microwave Theory Technol. 43, 2387 (1995).
[CrossRef]

J. Cement Concrete Composites (1)

M. A. Davis, D. G. Bellemore, and A. D. Kersey, J. Cement Concrete Composites 19, (1997).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (1)

D. C. Hall, W. K. Burns, and R. P. Moeller, J. Lightwave Technol. 13, 1452 (1995).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Opt. Commun. (1)

V. J. Matsas, T. P. Newson, and M. N. Zervas, Opt. Commun. 92, 61 (1992).
[CrossRef]

Opt. Lett. (3)

Proc. SPIE (2)

A. D. Kersey, M. A. Davis, T. A. Berkoff, D. G. Bellemore, K. P. Koo, and R. T. Jones, Proc. SPIE 2839, 40 (1996).
[CrossRef]

C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, Proc. SPIE 2444, 257 (1995).
[CrossRef]

Other (1)

C. W. Hodgson and A. M. Vengsarkar, in Optical Fiber Communication Conference, Vol. 2 of 1996 OSA Technical Digest Series (Optical Society of America, Washington, D.C., 1996), pp. 29–30.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

Experimental setup: (a) passively mode-locked fiber laser source. EYDFA, Er:Yb codoped fiber amplifier; I’s, isolators; OC, auxiliary output coupler; PBS, polarizing beam splitter; PC’s, polarization controllers; FBGA, fiber Bragg grating array; DCF, dispersion-compensating fiber, D=-95 ps/nm km. All components are fiber or fiber pigtailed. (b) FBGA interrogation scheme: MLFL, mode-locked fiber laser; 50/50 C, 3-dB fiber coupler; DCF, 3.25  km, D=-83 ps/nm km.

Fig. 2
Fig. 2

Output of a mode-locked fiber laser: (a) sampling oscilloscope trace, illustrating single pulse per round trip operation at a repetition rate of 6.48  MHz, corresponding to a laser cavity length of 31.4  m. (b) Optical spectrum on linear (solid curve) and logarithmic (dashed curve) scales.

Fig. 3
Fig. 3

Illustrative response of the grating to 1850-µ applied strain: (a) Spectral shift of the strained grating, 3.67  nm. (b) Corresponding temporal shift of 1.96  ns resulting from propagation through a dispersive delay.

Fig. 4
Fig. 4

Temporal displacement as a function of applied strain. The slope of the linear fit is 1.07 ps/µ, corresponding to DCF dispersion of 540 ps/nm.

Metrics