光纤熔接机加热扩芯制作模场适配器的研究

为了改善不同类型光纤熔接时的模场失配,通过调整普通光纤熔接机的熔接参数,对模场直径较小的光纤进行加热扩芯,实现了10/130μm大模场面积双包层光纤和6/125μm单模光纤的低损耗熔接,光纤耦合效率可达到91%,并成功应用于自主研发的小型1064nm光纤激光器中。对利用光纤熔接机加热扩芯制作模场适配器进行了理论分析,并用1064nm光纤激光器测量其实际传输损耗。实验结果表明:采用普通光纤熔接机,适当的调整熔接参数,可以有效地提高大模场面积光纤到单模光纤的耦合效率,为制作模场适配器提供了一种简单实用的方法。     

用于CARS激发源的全光纤飞秒脉冲谱压缩

进行了基于光纤预啁啾和自相位调制的多模/单模组合式全光纤啁啾谱压缩研究.提出利用多模光纤模式估计群速度色散均值的方法,并将该估计值作为啁啾参量分析的计算参数,仿真计算了50/125μm折射率渐变多模光纤的群速度色散均值及其与单模光纤在不同长度比值下的光谱压缩效果.采用三种折射率渐变多模光纤进行实验,对比分析了折射率渐变多模光纤的芯径大小及其与单模光纤的长度比值对光谱压缩效果的影响.实验结果表明使用50/125μm折射率渐变多模光纤获得光谱最大压缩比为5.796,谱宽为2.243 nm,与理论仿真一致;使用105/125μm折射率渐变多模光纤,可进一步提高压缩比至152.941,输出谱宽为0.085 nm的光脉冲.将此脉冲用于相干反斯托克斯拉曼散射光谱探测,理论光谱分辨率可达1.386 cm~(-1).     

一种新型的光纤锥形耦合器

提出了一种光纤波导折射率渐变的新型锥形（Taper）耦合器件，其原理是基于光纤中Ge缺陷在紫外光照射下而产生的光致折射率的变化。利用光纤在高压、低温下渗氢技术使单模光纤的光致折射率变化△n达6×10-3数量级；通过控制曝光条件就可以在光纤中产生一定规律的锥形结构，使单模光纤的模场半径由4．8μm缩小到3．2μm。由耦合波理论分析表明该器件具有较好的基模传输特性。     

基于光纤微腔的温度及折射率同时测量型传感器

基于多光束干涉原理,设计了一种基于光纤微腔的温度及折射率同时测量的反射型光纤传感器.该传感器将渐变折射率多模光纤的一端用氢氟酸腐蚀形成一个空气腔,带空气腔的渐变折射率多模光纤一端和单模光纤熔接,另一端切平构成传感头.实验选取渐变折射率多模光纤的长度为538.1μm,空气腔长度为40.8μm.结果表明:光纤微腔结构所形成的多光束干涉光谱条纹对比度与光纤微腔外的溶液折射率相关,干涉波峰移动与环境温度相关,通过监测条纹对比度和干涉波峰的移动,可以实现对折射率和温度的同时测量.当折射率在1.341 5~1.432 0RIU变化时,反射强度对折射率的灵敏度为57.24dB/RIU;当温度在30℃~70℃之间变化时,谐振波长对温度的灵敏度为12.3pm/℃,可检测到的最小温度变化为1.2℃,测得最小折射率变化为3.4×10-4.该传感器也可应用于其他参量的测量,具有良好的应用前景.     

双包层光纤折射率研究及纤芯结构优化设计

采用Matlab和Comsol建立单模光纤内激光传输模型,对双包层内光纤折射率和纤芯结构对光能量分布的影响进行了理论研究。系统分析了光纤芯径与数值孔径、归一化频率和功率填充因子的关系,依据得到的结果进一步采用多模物理耦合仿真方法对不同类型的单模双包层光纤纤芯的能量分布进行仿真,探索了不同折射率分布情况对纤芯能量分布的影响。计算和仿真结果表明:凹面折射率分布光纤的光斑模场面积最大,单位面积的功率分布最低。针对大功率光纤激光器的应用需求设计了工作波长为1.064 m、纤芯直径为10 m、凹面直径为8 m、数值孔径为0.12的单模凹面折射率双包层光纤,为提高光纤泵浦效率、降低纤芯的能量密度提供了思路。     

光纤布拉格光栅嵌入SMS光纤结构的湿度传感器

提出了一种基于光纤布拉格光栅嵌入单模-多模纤芯-单模(single-mode-multimode fiber core-single mode, SMS)光纤结构的湿度传感器。当环境湿度变化时,SMS光纤结构的干涉光谱会发生漂移,而光纤布拉格光栅对湿度不敏感,其纤芯基模保持不变。因此利用SMS光纤结构对环境湿度的敏感性去调制光纤布拉格光栅纤芯基模,通过检测光纤布拉格光栅纤芯基模的反射能量变化就可以实现湿度测量。数值模拟了SMS光纤结构的内部光场分布规律,理论计算了不同环境折射率时,多模纤芯的长度、直径对SMS光纤结构输出能量耦合系数的影响。理论模拟表明,随着环境折射率变化,SMS光纤结构中传输的纤芯基模的输出能量耦合系数会发生变化。同时制作了传感器样品并对其进行了传感实验研究,实验结果表明多模纤芯长35 mm、纤芯直径为85 μm的传感器在45%～95%RH湿度变化范围内,湿度灵敏度为0.06 dBm·(%RH)-1。在20～80 ℃温度范围内,传感器的温度灵敏度为0.008 nm·℃-1,温度所带来的湿度测量误差为0.047%RH·℃-1。传感器具有制作简单、灵敏度高、反射式能量检测等优点,在湿度测量领域有一定的应用价值。     

单模及多模光纤折射率分布测量方法研究

通过对几种单模及多模光纤折射率分布测量方法的分析研究，得到单模光纤与多模光纤折射率分布测量方法的根本区别。由于单模光纤芯径比较小，因而只能用波动理论分析其传输机理，其中的远场法和近场法测量都是基于标量亥姆霍兹波动方程，即以单模光纤的基本传输理论进行测量；而多模光纤由于其芯径比较大，故而用射线理论分析其传输原理较为合理。多模光纤的折射近场法和近场扫描法均是以纤芯半径处数值孔径不同，对应的折射模和传导模不同为依据来进行测量的。     

多孔芯光子晶体光纤及其偏振特性

强激光与气体的长距离相互作用能产生许多新奇的物理效应,而自由空间光束的自聚焦、衍射、散射等问题限制了该科技领域的发展。本文提出了一种新型多孔芯光子晶体光纤,纤芯亚波长、低折射率空气孔可以传光,具有宽带、低损耗、单模传输特性。利用倏逝波耦合效应,研究了纤芯亚波长空气孔束缚光的原理。根据光波传输的电磁场理论,分析了低折射率空气孔中的光强增大效应。强光在空气孔中长距离传输,为光与物质的相互作用提供了新条件,可以用于气体传感、非线性光学、高集成光子技术、原子操控等。由于纤芯空气孔可以传光,改变空气孔的大小,直接影响模场分布,进而可以获得很高的结构双折射。通过光纤结构参数的合理设计,分别获得了B=4×10^-2的高双折射、纤芯直径5 μm的大模场高双折射、大模面积单偏振单模特性,在光纤偏振器、光纤滤波器、光开关及光纤传感等领域有广泛的应用前景,为新型光场调控提供了新方法。     

有限包层半径光纤Bragg光栅的理论研究

采用光纤波导三层模型,对有限包层半径光纤Bragg光栅导模有效折射率的改变进行了理论分析,结果表明:当包层直径小于16μm时,单模光纤Bragg光栅(纤芯直径为8.3μm)的导模有效折射率才开始发生明显变化.在包层外添加外包层,通过改变外包层的折射率可以实现对光栅Bragg反射波长的调谐,同时对不同芯子直径的光栅Bragg波长移动进行了数值计算.在保证光纤归一化频率不变的前提下,芯径越小Bragg波长调谐范围越大,当包层厚度为1μm时,芯径为a＝2.2μm的光栅Bragg波长调谐范围约为3.9μm.     

基于薄芯光纤模态干涉技术的折射率传感特性实验研究

报道了一种具有微结构缺陷的折射率传感器,并对其折射率特性进行了实验研究.将一部分薄芯光纤熔接于标准单模光纤中,由于插入的薄芯光纤和单模光纤纤芯失配,导致包层的高次模被激发并与纤芯模在单模光纤内形成干涉仪.通过减小薄芯光纤的包层直径,以增强包层中的传输模在环境中的倏逝场,从而提高对环境折射率测量的灵敏度.实验表明,该折射...     

用Bragg光纤测量气体浓度

基于气体的光谱吸收特性,本文提出了一种采用Bragg空芯光纤作为吸收池的新型光纤气体传感器.运用解析法和微扰分析法求解了Bragg空芯光纤中的相对灵敏系数.由于场分布主要集中在芯区,对气体损耗较为敏感,因此,这种光纤气体传感器具有灵敏度高、快速响应、结构简单的特点.耦合多个波长可实现对多种气体同时测量.     

Multiple-Output Fiber-Ring Lasers and Amplifiers in a Hybrid CATV and ADSL Broadcasting Optical Fiber Communication System

In this article we propose two kinds of new fiber ring structure with a semiconductor optical amplifier. The first structure is a one-fiber-ring amplifier with an 8 × 8 fiber coupler and a semiconductor optical amplifier (SOA). The second fiber ring structure is a two-fiber-ring laser including an 8 × 8 fiber coupler, a 2 × 2 E/O modulator, and an SOA. The 14-output spectra of the fiber laser are measured. The gain coefficients of each port of the multiple-output-fiber-ring amplifiers are also measured. We apply these two kinds of fiber ring structures in a hybrid CATV and ADSL broadcasting optical fiber communication system. This application can develop a broadcasting system with large coverage area without using many laser diodes and optical amplifiers. The performance of such a system is also analyzed in this article.     

Multiple-Output Fiber-Ring Lasers and Amplifiers in a Hybrid CATV and ADSL Broadcasting Optical Fiber Communication System

In this article we propose two kinds of new fiber ring structure with a semiconductor optical amplifier. The first structure is a one-fiber-ring amplifier with an 8 × 8 fiber coupler and a semiconductor optical amplifier (SOA). The second fiber ring structure is a two-fiber-ring laser including an 8 × 8 fiber coupler, a 2 × 2 E/O modulator, and an SOA. The 14-output spectra of the fiber laser are measured. The gain coefficients of each port of the multiple-output-fiber-ring amplifiers are also measured. We apply these two kinds of fiber ring structures in a hybrid CATV and ADSL broadcasting optical fiber communication system. This application can develop a broadcasting system with large coverage area without using many laser diodes and optical amplifiers. The performance of such a system is also analyzed in this article.     

光纤连接器端面几何参量自动测量仪

报道了一种高精度测量光纤连接器端面几何参量的自动测量仪。叙述了光纤连接器的端面几何参量的测量原理。由光纤连接器端面形貌和纤芯中心坐标,可以高精度得到曲率半径、顶点偏移量、端面倾斜角和光纤高度等影响连接器性能的关键端面几何参量。该仪器体积小,自动化程度高,用户界面友好,使用方便,可测量物理接触、角度式物理接触等类型的光纤连接器端面几何参量。实际测量证明,该测量仪有很好的重复测量精度。该测量仪与美国Dorc公司ZX-1 mini PMS测量仪和Norland公司NC3000测量仪相比,测量精度水平相当。该仪器样机已通过华东国家计量测试中心的测试。     

An estimation of the baseband transfer function of multimode optical fibers

This paper discusses an alternative criterion for estimating the baseband transfer function of multimode optical fibers. The optical fibers having little mode conversions show that the baseband frequency characteristics are affected strongly by the launching condition of an input optical pulse. In the criterion presented here, the baseband transfer function in such fibers is estimated by considering the launching condition that excites all fiber modes uniformly in amplitudes. In order to obtain such a transfer function, the actual responses affected by the launching conditions are measured together with the modal power distributions for different kinds of launching conditions. A numerical procedure is then presented that enables us to derive the baseband transfer function independently of modal power distributions. Experimental results at λ x= 633 nm and 856 nm are presented for step index fibers (0.1 and 0.2 km long) having a core radius of 30 pm (its refractive index is 1.452) and a refractive index difference of 0.7%.     

掺锗光纤的光敏机理及增敏方法的研究现状与发展

光纤光栅的出现使光纤通信和光纤传感技术有了很大的变化。光纤光栅的物理基础是掺锗光纤的光敏性。首先对目前较为广泛接受的两种光敏机理作了阐述和分析,然后对多种光纤增敏方法进行了讨论。可以预见,通过对光敏性的不断深入了解,将会大大地促进光纤通信、光纤传感等领域的发展。     

锥形光纤模场直径极小值特征研究

模场直径是光纤波导基模的特征参量。单模光纤中的功率密度与模场直径成反比。随着光纤激光器单模输出功率的不断攀升,纤芯中的功率密度不断增加,过高的功率密度会使光纤波导产生光学损伤和热损伤。基于锥形光纤模场分布近似模型,研究发现不同参数的拉锥光纤模场直径最小值位置对应的归一化频点具有规律性。采用有限差分波束传播法（FD-BPM）对不同波长、不同数值孔径下纤芯直径和模场直径的对应关系进行模拟,结果表明:模场直径最小值位置在归一化频率1.8附近,与光纤参数和波长的选取没有直接关系。这个特征参数可为高功率激光在光纤中功率密度最大值位置的快速确定提供依据,也为光纤光学理论增加了新的内涵。     

用液芯光纤研究stokes/anti-stokes拉曼强度比测温

液芯光纤可以使拉曼光谱强度提高103倍。研究了在stokes/anti stokes拉曼光谱强度比测温中如何获得理想测温结果的方法。用长为5.20m、内径为50μm的含C6H6和CCl4混合液体的液芯光纤,获得了高强度CCl4的±218cm-1,±314cm-1和±459cm-1的拉曼光谱。利用各光谱带的stokes与anti stokes的强度比(Is/Ia),确定了液芯光纤所在处的温度。实验结果表明,±459cm-1的强度比的实验值与理论值符合得很好,±218cm-1为较好,±314cm-1稍差一些。从理论和实验两方面总结了拉曼频移、光纤损耗、溶剂效应、仪器响应等对测温结果的影响。     

大芯径大数值孔径阶跃光纤传导模特征方程求解

导出了相邻阶第二类变型贝塞尔函数的比值在小宗量的逼近形式,利用Lentz—Thompson方法计算相邻阶第一类贝塞尔函数的比值在小宗量的值,计算精度为浮点数系统的最低有效位。从而解决了求解大芯径、大数值孔径阶跃光纤的特征方程时．贝塞尔函数溢出双精度浮点数表示范围的问题。分别对多模石英光纤和大芯径大数值孔径的聚合物光纤的传导模特征方程进行了求解,石英光纤的传导模特征值计算结果与Optiwave公司的软件一致;对于聚合物光纤,算法给出了所有模式的计算结果,其中模式角向序数小于70的计算结果与Optiwave公司的软件一致,而Optiwave公司的软件不能计算角向序数大于70的模式。     

Evolution of modes in double-clad Raman fiber amplifier

Stimulated Raman scattering in a double cladding optical fiber is studied with a continuous wave laser used as a pump source. Under various launch conditions, pump modes are differently excited. Considering the mode coupling effect among the pump modes, the evolution of the power in the Stokes modes is studied. The results show that the scattered waves （the Stokes waves） in the fiber core with 9%tm diameter and 0.14 NA could propagate predominantly in the fundamental mode of the fiber by carefully adjusting the pump light launching conditions.