光纤光栅中孤子时延特性研究

从光纤光栅慢光产生的物理机理和非线性耦合模方程组,仿真分析了均匀布拉格光栅中光栅孤子传输时的减速特性;利用高速示波器搭建了测量高能量、窄脉冲通过布拉格光纤光栅后时延特性的实验系统,分别测量了由普通单模光纤和高非线性光纤制作的均匀光栅对光脉冲的时延特性.实验结果为:用5 cm长普通单模光纤制作的布拉格光栅可以使在其中传输...     

一种基于大角度倾斜光纤光栅包层模的低频声传感方案

利用倾斜光纤光栅在发生弯曲时其存在的多种纤芯-包层模式耦合方式容易发生改变,进而使其光谱特征发生明显变化的特点,提出并验证了一种基于大角度倾斜光纤光栅包层模的低频声传感方案.将倾斜光纤光栅与设计的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)换能膜片及腔体结构相结合,得到了一种有效的低频声传感系统.该换能膜片在被测声波信号作用下产生振动,使固定在膜片表面的倾斜光纤光栅发生周期性动态弯曲,引起倾斜光纤光栅的包层模式光谱发生周期性漂移,最后采用边缘滤波法进行解调,实现低频被测声波的有效探测.实验结果显示,该传感方案可以在45—220 Hz范围内实现高灵敏度声波探测,在传感系统固有频率附近54 Hz处获得最大声灵敏度115.88 m V/Pa,且最小探测声压为539.2μPa/Hz^1/2.该传感方案具有灵敏度高、重复性好、结构简单、容易加工等优势,在低频声探测等相关应用领域具有较大的发展前景.     

多模光纤光栅温度传感特性的实验研究

利用氢敏化处理的多模光纤制作了多模光纤光栅,并对多模光纤光栅的温度传感特性进行了实验研究与理论分析,表明这种光栅三个反射峰的布拉格波长随温度变化均呈现出良好的线性关系,并且重复性相当好,同一光栅的各反射峰的理论温度灵敏度系数都等于0．01nm／℃,实验测得的温度灵敏度系数为0．0098nm／℃或0．0099nm／℃,与理论分析相当吻合,这些特性与单模光纤光栅的温度传感特性接近相同。因此可以用多模光纤光栅代替单模光纤光栅开发光纤光栅传感器,以降低成本;这一实验结果还可以作为对多模光纤光栅进一步深入研究的参考。     

模式耦合理论在圆周对称长周期光纤光栅建模中的应用

长周期光纤光栅是不同于光纤Bragg光栅的一种光纤光栅器件 ,根据模式耦合理论 ,长周期光纤光栅表现为前向传播的纤芯导模和同向的各阶次包层模式之间的耦合。分析研究了长周期光纤光栅轴向的模场变化。忽略轴向的模式耦合以及包层模式之间的相互耦合作用 ,并认为折射率指数的调制只存在于纤芯中 ,建立了简化的长周期光纤光栅数学模型。对圆周对称轴向均匀型长周期光纤光栅谱特性进行了仿真 ,其结果与实验结果基本吻合 ,表明了简化的数学模型的合理性     

倾斜光纤光栅谱特性

基于倾斜光纤光栅耦合模理论,采用数值分析法研究了前后向导模耦合时倾斜角度和调制深度对倾斜光纤光栅反射谱的影响,以及导模和辐射模耦合时针对不同的入射光偏振态在倾斜角度、调制深度、光栅长度等不同时倾斜光纤光栅透射谱(或反射谱)的特性.研究结果表明,在前后向导模耦合时,不同偏振态入射光的光谱几乎相同;而对于辐射模耦合,由于反射谱的包络受消光系数的调制,而不同偏振态入射光的消光系数不同,并且倾斜角度越大不同偏振态的入射光的消光系数差别越大,故在研究辐射模耦合时需要将偏振态予以考虑.     

倾斜光纤光栅谱特性

基于倾斜光纤光栅耦合模理论,采用数值分析法研究了前后向导模耦合时倾斜角度和调制深度对倾斜光纤光栅反射谱的影响,以及导模和辐射模耦合时针对不同的入射光偏振态在倾斜角度、调制深度、光栅长度等不同时倾斜光纤光栅透射谱(或反射谱)的特性.研究结果表明,在前后向导模耦合时,不同偏振态入射光的光谱几乎相同;而对于辐射模耦合,由于反射谱的包络受消光系数的调制,而不同偏振态入射光的消光系数不同,并且倾斜角度越大不同偏振态的入射光的消光系数差别越大,故在研究辐射模耦合时需要将偏振态予以考虑.     

光纤布拉格光栅与空芯光纤多模干涉混合型温度应变双参量传感器

针对光纤应变传感器由于温度敏感而引入的测量问题,提出了一种基于光纤布拉格光栅和空芯光纤多模干涉效应的混合型温度-应变双参量传感器。该传感器由两根单模光纤与一段内径小于单模光纤纤芯直径的空芯光纤熔接制成,其中一根单模光纤的光纤端面附近预刻一组光纤布拉格光栅。空芯光纤长度为厘米量级,光波以多模形式在空芯光纤侧壁中传播。结合光纤布拉格光栅和空芯光纤多模干涉效应对温度和应变的不同响应灵敏度,通过求解双参数耦合矩阵同时获取温度和应变两个参量,并有效解决了单个传感器在温度或应变测量时的温度-应变交叉敏感性问题。采用中心波长为1 550.172 nm的光纤布拉格光栅与一段长为2.5 cm、内径为5μm的空芯光纤制备了相应的传感器,并进行了温度和应变测试。结果表明,光纤布拉格光栅和空芯光纤的温度灵敏度分别达到10.530 6 pm/℃和1.802 1 pm/℃,应变灵敏度分别达到0.720 7 pm/με和1.243 2 pm/με。     

脉冲γ射线对光纤的辐射效应

介绍了光纤的损耗机制和γ射线对光纤的辐射效应,设计了针对脉冲γ射线作用于光纤而产生辐射感生损耗的实验测量系统。利用平均光子能量为0.3 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率2.03×107Gy.s-1,和平均光子能量为1.0 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率5.32×109Gy.s-1的2种脉冲γ射线分别作用于多模和单模光纤,分别采用波长为405,660,850,1 310和1 550 nm的激光光纤传输系统对辐射感生损耗进行了测量。获得了光纤辐射感生损耗和辐射剂量的关系,并对实验结果进行分析。从实验结果可以看出:在近红外到可见光范围内,脉冲γ射线对光纤作用产生的辐射感生损耗随探测波长减小而增大;在0.1~3.5 Gy剂量范围内,多模光纤辐射感生损耗和辐射剂量呈线性关系。分析辐射对光纤的作用机制和实验结果后得出:光纤基质原子的电子能级对传输光子的共振吸收而造成吸收损耗增加;光纤折射率分布的改变从而导致波导损耗增加。     

闪耀光纤光栅写制技术及解调技术研究

利用相位掩模法,对闪耀光纤光栅的写制技术进行了研究.在载氢光敏光纤中写制了不同倾斜角度的闪耀光纤光栅,给出了相应的结果谱图.利用闪耀光纤光栅的包层耦合模,通过侧面光检测技术,实现了一种以闪耀光纤光栅为分光器件的光纤光栅波长解调系统.对C波段的波长进行了解调,给出了实验系统及相应结果分析.     

闪耀光纤光栅写制技术及解调技术研究

利用相位掩模法,对闪耀光纤光栅的写制技术进行了研究.在载氢光敏光纤中写制了不同倾斜角度的闪耀光纤光栅,给出了相应的结果谱图.利用闪耀光纤光栅的包层耦合模,通过侧面光检测技术,实现了一种以闪耀光纤光栅为分光器件的光纤光栅波长解调系统.对C波段的波长进行了解调,给出了实验系统及相应结果分析.     

Lateral force sensor based on a core-offset tilted fiber Bragg grating

A novel lateral force sensor based on a core-offset tilted fiber Bragg grating (TFBG) is proposed and experimentally demonstrated. The lateral force is determined by the differential reflected powers between the cladding mode and Bragg mode in the TFBG. The sensors respond monotonically with the lateral force increasing from 0 to 1.75 N. The sensitivity of such a core-offset TFBG sensor can be tailored by choosing different core-offset values. The simple differential power detection method makes the implementation of the sensor system cost-effective and free of the influence of environmental and system fluctuations.     

Theoretical study on the multimodeness of a commercial endlessly single-mode PCF

We report a theoretical study on the characteristics of a commercial photonic crystal fiber claimed to be endlessly single mode, i.e. the LMA-15 fiber. The study was carried out using a finite element leaky mode solver. By using a loss discrimination between the fundamental and higher order leaky modes as a multi/single-mode criterion, we obtained that the fiber is obviously multimode in short wavelengths, even for long length beyond the practically usable length of the fiber.     

Highly sensitive bend sensor with hybrid long-period and tilted fiber Bragg grating

We demonstrate a new type of fiber optic bend sensor with a hybrid structure made up of a long period grating (LPG) and a tilted fiber Bragg grating (TFBG). The sensing mechanism is based on the spectrum of power transfers between the core and cladding modes from a TFBG located downstream from a LPG. We show that the curvature of a beam can be determined by the reflected power difference between the core mode and the recoupled cladding modes. We further provide design rules for the LPG and TFBG to optimize and linearize the sensor response. In addition, the temperature cross-sensitivities of this configuration are also investigated for two different types of fiber.     

倾斜光纤光栅溶液折射率传感器的实验研究

根据倾斜光纤光栅(TFBG)和表面镀金的TFBG传感器测量折射率的基本原理,通过OptiGrating软件模拟了不同浓度溶液下TFBG的透射谱和芯层模与某阶包层模耦合引起的谐振峰,初步得出了TFBG各阶包层模随着外界折射率的增大而向右偏移、在一定的传感范围内中心波长与外界折射率呈线性关系的结论。用小型离子溅射仪对TFBG镀45 nm厚度左右的金膜,并用扫描电镜在微观上观察镀膜效果。通过不同浓度下的NaCl溶液、MgCl₂溶液、CaCl₂溶液实验,对比研究了裸TFBG和镀金TFBG传感器对溶液折射率的传感特性。从而验证了模拟仿真得出的结论并定量分析得知：镀金后具有表面等离子体共振的TFBG溶液折射率灵敏度大于500 nm·RIU-1,而裸TFBG为2 nm·RIU-1左右,大约提高了200～300倍,且在一定范围内中心波长与溶液折射率的线性拟合度都在0.99以上。     

Theoretical analysis of multimode fiber amplifiers and lasers containing spatial filters

By the use of the coupling theory of the modes and the multimode rate equations, the performances of the multimode fiber amplifiers or lasers containing a spatial filter have been discussed. After the rate equations applicable to amplifiers are solved, the beam quality factors of the output from a multimode fiber amplifier with and without a single mode filter have been evaluated and compared. By the use of the analytical expression of the threshold pump power applicable to the multimode fiber lasers with the spatial filter and doped with quasi two-energy-level ions, and two example fibers had been selected which may guide 4 and 9 transversal modes, respectively, the threshold pump power for each transversal fiber mode has been evaluated. The results indicate that the single mode filter, does introduce a very strong discrimination for the modes between the high order modes and the fundamental mode. This should considerably favor the operation of the fundamental mode in the lasers with a homogeneously broadened active medium.     

X光高分辨探测用CsI(Tl)晶体的蒙特卡罗模拟研究

提出了一种基于CsI(Tl)闪烁晶体和面阵CCD器件、采用光纤和光纤面板进行光耦合及传输、以扇形束线阵扫描方式实现对X光高分辨探测的方案。CsI(Tl)晶体的尺寸大小将直接影响到晶体的发光效率及X光的高分辨探测,据此开展了蒙特卡罗模拟研究。模拟研究了X射线能量、X射线源到探测晶体的距离(源距)、CsI(Tl)晶体的厚度与X射线能量分布、全能峰效率与CsI(Tl)闪烁晶体转换效率之间的关系。结果表明,当X射线能量为120~450 keV,CsI(Tl)晶体尺寸厚度为0~1.5 cm变化时,全能峰效率的变化范围为31.34~96.74%,CsI(Tl)闪烁晶体的转换效率的变化范围为12.8~97.43%。可见,X射线的能量及CsI(Tl)闪烁晶体尺寸的厚度,是决定X光高分辨探测的重要参量,这对优化X光高分辨探测用CsI(Tl)晶体的尺寸设计具有一定的参考价值。     

抽运调制条件下超窄线宽掺铒光纤环形激光器的跳模特性研究

搭建了基于光纤迈克耳孙干涉仪的跳模检测系统,对抽运调制条件下的超窄线宽掺铒光纤环形激光器的跳模特性进行了实验研究,测量了由抽运电流标定的表征跳模规律的跳模数据图。结果表明,随着抽运电流的不断增加,激光器先后经历模式稳定区、模式非稳区以及多纵模区三种状态;存在第二抽运阈值,当抽运强度超过这一阈值时激光器由单纵模跳变为非稳定的多纵模。掺铒光纤环形激光器的谐振腔因抽运热效应或外界扰动而变化时,会引发频率漂移与连续跳模现象。     

基于高双折射光纤布拉格光栅的自动增益控制掺铒光纤放大器

掺铒光纤非均匀展宽引起的空间烧孔现象导致单波长激光并不能完全控制放大器增益,提出了一种新颖的自动增益控制掺铒光纤放大器的结构:即采用高双折射光纤布拉格光栅产生抽运光,其写制光栅的波峰对应的波长分别为1549.3 nm和1549.83 nm,波长间隔为0.53 nm。通过调整偏振控制器,就实现了单激光或双激光的增益控制。这种设计增益控制范围为40 nm(1530~1570 nm),当输入功率在-40~-15 dBm的动态范围内,双激光增益控制的掺铒光纤放大器的平均增益和噪声系数分别约为22.22 dB和8.69 dB,而它们的漂移分别被钳制在0.69 dB和1.51 dB。系统性能测试表明:双激光控制掺饵光纤放大器在稳定性方面比单激光有着明显的优势。     

Nineteen-port photonic lantern with multimode delivery fiber

We demonstrate efficient multimode (MM) to single-mode (SM) conversion in a 19-port photonic lantern with a 50 μm core MM delivery fiber. The photonic lantern can be used within the field of astrophotonics for coupling MM starlight to an ensemble of SM fibers in order to perform fiber-Bragg-grating-based spectral filtering. An MM delivery fiber spliced to the photonic lantern offers the advantage that the delivery fiber guides the light from the focal plane of the telescope to the splitter. Therefore, it is no longer necessary to have the splitter mounted directly in the focal plane of the telescope. The coupling loss from a 50 μm core MM fiber to an ensemble of 19 SM fibers and back to a 50 μm core MM fiber is below 1.1 dB.     

Temperature-independent bending sensor with tilted fiber Bragg grating interacting with multimode fiber

A new type fiber bending sensor based on a tilted fiber Bragg grating (TFBG) interacting with a multimode fiber (MMF) is presented. The sensing head is formed by insertion of a small section of MMF between a single-mode fiber (SMF) and the TFBG. The average reflective power in the cladding modes decreases with the increase of curvature. The measurement range of the curvature from 0 to 2.5 m⁻¹ with a measurement sensitivity of −802.4 nW/m⁻¹ is achieved. The proposed sensor is also proved as temperature-independent from the experimental investigation.