實(shí)驗(yàn)研究了側(cè)向擠壓作用下的光纖布喇格光柵(fbg)產(chǎn)生的應(yīng)力雙折射現(xiàn)象,提出了一種消除橫向應(yīng)力對(duì)溫度交叉敏感的簡(jiǎn)單而又有效的方法,從理論和實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了分析與驗(yàn)證。研究表明,對(duì)fbg施加側(cè)向擠壓產(chǎn)生的雙折射導(dǎo)致普通光纖布喇格光柵存在兩個(gè)滿足布喇格條件的反射光譜,且雙峰間距在100℃的溫度范圍內(nèi)變化了0.055nm,利用該雙峰間距的變化可消除溫度傳感中橫向應(yīng)力對(duì)它的交叉敏感,實(shí)現(xiàn)對(duì)溫敏系數(shù)的修正及溫度的校正,實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的原始溫敏系數(shù)是0.0138nm/℃,對(duì)溫敏系數(shù)修正了0.005nm/℃,對(duì)變化的溫度校正了4℃。

文章介紹了雙芯光纖的結(jié)構(gòu)及其傳輸特性,并對(duì)雙芯光纖在光通信與光纖傳感領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了敘述。在文章的最后介紹了我們制作的雙芯光纖及其測(cè)量的傳輸曲線,并討論了將雙芯光纖作為濾波器在光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)中應(yīng)用的前景。

研究了具有高雙折射的光子晶體光纖(hbpcf)中均勻布拉格光柵(fbg)的光譜特性。利用緊湊的超格子模型,對(duì)光子晶體光纖的傳輸特性進(jìn)行分析,研究正向傳輸和反向傳輸?shù)哪Ｊ街g的耦合規(guī)律,從而研究寫入光子晶體光纖中的均勻布拉格光柵的特性。首先給出具有c6v對(duì)稱性的零雙折射光子晶體光纖中光纖布拉格光柵的布拉格波長(zhǎng)λb隨光纖結(jié)構(gòu)參量的變化規(guī)律;然后分析一種高雙折射光子晶體光纖中的光纖布拉格光柵的光譜特性,高雙折射使兩個(gè)不同偏振態(tài)的反射峰分開較大;最后分析了一種常用的雙模雙折射光子晶體光纖中光纖布拉格光柵的光譜特性,lp01模和lpe11模的兩個(gè)偏振態(tài)對(duì)應(yīng)的反射譜都由于高雙折射而分開。

理論分析了切趾弱雙折射光纖布喇格光柵反射偏振相關(guān)特性與溫度之間的關(guān)系.數(shù)值模擬了切趾弱雙折射光纖光柵的反射譜、偏振相關(guān)損耗和差分群時(shí)延隨波長(zhǎng)變化曲線.實(shí)驗(yàn)測(cè)出了不同溫度下反射譜、偏振相關(guān)損耗和差分群時(shí)延隨波長(zhǎng)變化曲線.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)偏振相關(guān)損耗和差分群時(shí)延的變化情況作出了分析.反射偏振相關(guān)損耗呈現(xiàn)兩個(gè)峰值,隨溫度增加兩峰漂移程度相同,表明偏振相關(guān)損耗無明顯差異.差分群時(shí)延最大值隨溫度增加成線性向長(zhǎng)波方向漂移,證明了光纖光柵正交模損耗變化的等同性.綜合理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:切趾弱雙折射光纖布喇格光柵的偏振特性隨溫度產(chǎn)生明顯的變化,其正交模變化呈現(xiàn)等比例特性.

報(bào)道了一種基于偏芯結(jié)構(gòu)的雙芯光纖制作的長(zhǎng)周期光纖光柵,研究了在這種雙芯光纖中寫入相同結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)周期光纖光柵的模式耦合特性,這種雙芯結(jié)構(gòu)能夠?qū)蓚€(gè)平行的長(zhǎng)周期光纖光柵集成在一根光纖中。通過模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)在光纖圓周橫截面不同方位進(jìn)行曝光,可獲得不同的光柵透射譜,通過利用co2激光脈沖曝光方法實(shí)現(xiàn)其制備,實(shí)驗(yàn)得出了采用單側(cè)曝光方法在偏芯結(jié)構(gòu)的雙芯光纖上制備長(zhǎng)周期光纖光柵的最佳寫入方式。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)的對(duì)比,結(jié)果表明,雙芯長(zhǎng)周期光纖光柵透射譜依賴于在雙芯光纖圓周上的曝光方向。

根據(jù)菲涅耳公式和功率反射系數(shù)關(guān)系式,分析纖芯失配型光纖傳感器折射率傳感原理;采用單模/多模光纖制作傳感器,研究傳感器輸出光功率隨甘油溶液折射率變化特征,并驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果。表明媒質(zhì)折射率n_2=1.300～1.441時(shí),傳感器輸出光功率強(qiáng)且?guī)缀醪话l(fā)生變化;n_2=1.441～1.452時(shí),傳感器輸出光功率呈線性快速下降,其斜率為-155.91;當(dāng)媒質(zhì)折射率與單模光纖包層折射率接近時(shí),傳感器輸出光功率幾乎為0。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),傳感器線性快速下降的折射率范圍為1.442～1.454,斜率為-49.67,其輸出光功率隨甘油溶液折射率變化規(guī)律與數(shù)值模擬結(jié)果基本一致。該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、傳感系統(tǒng)全光纖化等特點(diǎn),能用于有毒有害、易燃易爆等特殊環(huán)境下物質(zhì)折射率的高精度測(cè)量。

由法拉第效應(yīng)原理,通過測(cè)量磁場(chǎng)引起光纖布拉格光柵(fbg)的偏振相關(guān)損耗(pdl),可以測(cè)得磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。fbg中線雙折射的存在,同樣改變了光的偏振特性,仿真并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了fbg固有偏振相關(guān)損耗的特點(diǎn)。利用瓊斯矩陣法理論推導(dǎo)了fbg在既有雙折射又有磁場(chǎng)影響時(shí),輸入線偏振光偏振態(tài)的變化規(guī)律。通過對(duì)偏振相關(guān)損耗與線偏振光起偏角和雙折射大小的仿真分析可知,不同起偏角的線偏光對(duì)線雙折射的敏感度不同。在線雙折射的影響下,偏振相關(guān)損耗峰值隨起偏角大小呈周期性變化,對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量的靈敏度產(chǎn)生影響,而與磁感應(yīng)強(qiáng)度的線性關(guān)系并未發(fā)生變化。

根據(jù)耦合模理論和瓊斯矩陣與斯托克斯矢量的關(guān)系給出單模均勻光纖布拉格光柵(fbg)反射和透射斯托克斯參量公式,數(shù)值模擬出低雙折射單模光纖均勻fbg在不同雙折射值下反射和透射斯托克斯參量隨波長(zhǎng)變化的曲線。結(jié)果顯示4個(gè)歸一化斯托克斯參量中,s1關(guān)于中心波長(zhǎng)λ0呈反對(duì)稱分布,s0,s2和s3關(guān)于λ0呈對(duì)稱分布;雙折射值增大譜線不產(chǎn)生漂移,但譜線反射帶寬變窄,反射信號(hào)與透射信號(hào)斯托克斯參量振幅均有不同程度的變化,表明雙折射值對(duì)斯托克斯參量的影響非常顯著。測(cè)出單模光纖均勻fbg反射和透射斯托克斯參量隨波長(zhǎng)變化曲線,理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本符合。

本文應(yīng)用瓊斯矩陣在理論上分析了光纖線性雙折射對(duì)ｓａｇｎａｃ電流傳感的影響，并指出為了使ｓａｇｎａｃ電流傳感器的穩(wěn)定性達(dá)到實(shí)用化程度，允許的線性雙折射應(yīng)不大于１０－６ｒａｄ／ｍ量級(jí)。另外，旋轉(zhuǎn)ｓａｇｎａｃ環(huán)兩輸入端使之兩端本地坐標(biāo)系互相垂直可極大地減小光纖線性雙折射的影響。

根據(jù)光纖線圈受熱應(yīng)力的實(shí)際影響,推導(dǎo)了線圈中因排線引起的光纖擠壓應(yīng)力雙折射,并提出利用有限元瞬態(tài)熱分析的方法研究固膠處理對(duì)線圈中熱應(yīng)力干擾雙折射的影響。通過對(duì)固膠處理前后線圈中典型光纖受熱應(yīng)力的影響的數(shù)值模擬計(jì)算得出,固膠處理后的光纖線圈存在著一個(gè)與膠粘劑參數(shù)有關(guān)的溫度區(qū)域,在此區(qū)域內(nèi)線圈受到的應(yīng)力干擾雙折射最小,且溫度敏感性降至最低。通過對(duì)1000m保偏光纖線圈的實(shí)際測(cè)試表明,這一溫度區(qū)域的消光比指標(biāo)高于低溫段1.5db,證明了模型的有效性。提出了固膠材料溫度特性與環(huán)境溫度的匹配性概念。

纖芯失配的光纖Mach-Zehnder折射率傳感器

基于多模干涉效應(yīng)的單模-多模-單模(sms)結(jié)構(gòu)光纖折射率傳感器通常需要進(jìn)行包層腐蝕來提高靈敏度,而且易受環(huán)境溫度影響。為克服sms結(jié)構(gòu)的這些不足,提出了一種新型的基于纖芯失配多模干涉的光纖折射率傳感器,由單模光纖-色散補(bǔ)償光纖-單模光纖(smf-dcf-smf)級(jí)聯(lián)光纖布拉格光柵(fbg)構(gòu)成,長(zhǎng)度不超過100mm。對(duì)其靈敏度、線性范圍和溫度特性等進(jìn)行了測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在測(cè)量折射率為1.33～1.39的折射率液時(shí),特征波長(zhǎng)與折射率呈線性關(guān)系,靈敏度為232.8nm,級(jí)聯(lián)的fbg具有良好的溫度校準(zhǔn)功能。

提出一種通過布拉格光纖光柵傳輸譜線計(jì)算其纖芯直徑和折射率的方法.實(shí)驗(yàn)中采用較短波長(zhǎng)的相位掩模板及紫外光照射載氫的單模光纖來寫布拉格光柵.通過測(cè)量lp01模與反向傳輸?shù)膌p01、lp02模耦合所對(duì)應(yīng)的損耗峰,并將對(duì)應(yīng)的兩中心波長(zhǎng)分別帶入色散方程,來計(jì)算同時(shí)滿足布拉格光柵相位匹配條件的解,即可求出該光纖光柵纖芯直徑和折射率.這種方法為測(cè)量光纖光柵參數(shù)提供了一種新的途徑.

提出了基于光纖布拉格光柵(fbg)包層模式的折射率傳感方案。實(shí)驗(yàn)中,利用不同濃度的丙三醇水溶液作為外界折射率傳感溶液,采用氫氟酸溶液化學(xué)腐蝕的方法來減小光纖包層的直徑以增大包層模式對(duì)外界折射率的敏感度,研究了腐蝕后光纖布拉格光柵包層模式的耦合波長(zhǎng)對(duì)外部折射率的變化關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在1.3300~1.4584的折射率范圍內(nèi),包層模式耦合波長(zhǎng)隨外界折射率增大而增大,在接近光纖包層折射率處具有很高的折射率靈敏度,最大達(dá)到了172nm/riu(refractiveindexunit)。而且,包層模諧振的光譜半峰全寬(約0.07nm)僅為布拉格纖芯模諧振光譜半峰全寬的1/4,能夠獲得更好的傳感精度。

基于氟化聚合物梯度折射率圓對(duì)稱塑料光纖(pf-gipof)的傳輸參量計(jì)算,分析其傳輸特性,推導(dǎo)出頻域基帶功率傳輸函數(shù),得到一種參數(shù)完整的色散計(jì)算模型.理論分析了光源特性、模式時(shí)延和模式損耗對(duì)帶寬的影響并對(duì)色散進(jìn)行擬合和計(jì)算.在波長(zhǎng)和激光斑半徑相異的光源激勵(lì)下,對(duì)不同長(zhǎng)度、不同折射率指數(shù)的pf-gipof的頻率響應(yīng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證.理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,200m長(zhǎng)的pf-gipof在1300nm工作波長(zhǎng)下,半徑11.76μm的激光斑激勵(lì)出的傳導(dǎo)模最少,由于差分模式損耗作用,系統(tǒng)帶寬提升了3.56ghz,在α=2.16的折射率下可以得到最大的帶寬優(yōu)化.該計(jì)算模型可有效地用于pf-gipof通信系統(tǒng)的參量選取和帶寬預(yù)測(cè).

雙芯光纖馬赫-曾德爾干涉儀的溫度特性

單芯光纖和雙芯光纖的耦合問題是限制雙芯光纖研究和應(yīng)用深度的關(guān)鍵問題之一。利用突變光波導(dǎo)的分析方法,在高斯近似的模場(chǎng)分布下,推導(dǎo)了單芯單模光纖和雙芯單模光纖對(duì)接和熔接的耦合能量、總體耦合效率和兩纖芯耦合能量比的數(shù)學(xué)表達(dá)式。利用這組關(guān)系定量地詳細(xì)分析了單芯光纖和雙芯光纖耦合中的模場(chǎng)匹配、雙芯光纖的纖芯距和纖芯位置對(duì)耦合效果的影響。利用其中一個(gè)纖芯位于光纖中心的雙芯光纖,通過保偏熔接機(jī)進(jìn)行輔助定位,實(shí)測(cè)了單芯單模光纖與雙芯單模光纖對(duì)接耦合的輸出能量與纖芯位置的關(guān)系,測(cè)量結(jié)果能夠很好地與理論結(jié)果相符合。

理論分析和模擬計(jì)算了少模光纖布拉格光柵基模及高階模的耦合與傳輸特性,得到在相同外部折射率變化情況下,少模光纖基模與高階模耦合對(duì)應(yīng)的布拉格波長(zhǎng)變化,比正、反向基模之間耦合對(duì)應(yīng)的布拉格波長(zhǎng)變化顯著增大。實(shí)驗(yàn)上制作了少模光纖布拉格光柵,測(cè)量了基模之間以及基模與高階模之間對(duì)應(yīng)的布拉格波長(zhǎng)隨外部折射率、溫度變化的情況,得到與理論分析相符的結(jié)果。而對(duì)于溫度變化對(duì)折射率測(cè)量結(jié)果干擾的問題,提出了通過計(jì)算布拉格波長(zhǎng)差來克服溫度影響的方法。這些結(jié)果為采用布拉格光纖光柵測(cè)量外部折射率變化提供了一種新的途徑。

將長(zhǎng)周期光纖光柵(lpg)和光纖sagnac環(huán)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了折射率和溫度的同時(shí)測(cè)量。首先利用二氧化碳激光器在保偏光纖上制作了長(zhǎng)周期光纖光柵(pm-lpg),然后把該pm-lpg和普通單模光纖耦合器組成sagnac環(huán),作為傳感單元。實(shí)驗(yàn)選擇其某一透射峰作為測(cè)試對(duì)象,其波長(zhǎng)隨溫度變化,強(qiáng)度隨折射率變化,因此可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)參量的同時(shí)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)獲得的溫度靈敏度為-0.654nm.℃-1,折射率靈敏度為49.9db.riu-1。整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)成本低、簡(jiǎn)單實(shí)用,具有較好的應(yīng)用前景。

理論分析和模擬仿真研究了激光點(diǎn)火系統(tǒng)中光纖端面損傷、光纖初始輸入段損傷和光纖內(nèi)部損傷機(jī)理。結(jié)果顯示:端面損傷主要是由光纖端面的雜質(zhì)和缺陷引起;光纖初始輸入段損傷是由光束的初次反射造成光纖局部激光能量密度增大引起的;光纖內(nèi)部體損傷主要由于激光自聚焦效應(yīng)引起損傷和光纖受到的意外應(yīng)力產(chǎn)生微小碎片,吸收激光能量,引起光纖局部損傷。給出了激光點(diǎn)火系統(tǒng)中提高光纖損傷閾值的一般方法,主要包括光纖端面處理、設(shè)計(jì)合理的激光注入耦合裝置。

對(duì)載氫摻鍺石英光纖的紫外光敏特性以及載氫條件對(duì)光纖紫外光敏性的影響進(jìn)行了系統(tǒng)地實(shí)驗(yàn)研究．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:①載氫光纖的光致折射率改變隨紫外曝光時(shí)間的變化規(guī)律(△n=3．3×10-4t0.31689)是先呈指數(shù)增長(zhǎng)到達(dá)一定的時(shí)間基本達(dá)到飽和,如果繼續(xù)照射,光致折射率改變繼續(xù)增大,并對(duì)紫外光敏機(jī)理進(jìn)行了討論;②隨著載氫壓力的增大,光纖的紫外光敏性呈正比例增大,兩者之間的關(guān)系為△n=1．34×10-5+4．66×10-5p;③摻鍺石英光纖的紫外光敏性的大小隨著載氫時(shí)間的延長(zhǎng),呈指數(shù)增長(zhǎng),最后達(dá)到飽和．

通過對(duì)幾種單模及多模光纖折射率分布測(cè)量方法的分析研究,得到單模光纖與多模光纖折射率分布測(cè)量方法的根本區(qū)別。由于單模光纖芯徑比較小,因而只能用波動(dòng)理論分析其傳輸機(jī)理,其中的遠(yuǎn)場(chǎng)法和近場(chǎng)法測(cè)量都是基于標(biāo)量亥姆霍茲波動(dòng)方程,即以單模光纖的基本傳輸理論進(jìn)行測(cè)量;而多模光纖由于其芯徑比較大,故而用射線理論分析其傳輸原理較為合理。多模光纖的折射近場(chǎng)法和近場(chǎng)掃描法均是以纖芯半徑處數(shù)值孔徑不同,對(duì)應(yīng)的折射模和傳導(dǎo)模不同為依據(jù)來進(jìn)行測(cè)量的。