一种基于导模共振的电光调制器研究

实验研究了基于导模共振的反射型电光调制器采用的棱镜耦合方式,在棱镜上面镀有4层膜,依次为银膜下电极-极化聚合物-缓冲层-金膜上电极。对这种衰减全反射（ATR）型的聚合物波导电光调制器进行了视频调制实验,采用静态偏置电压稳定模式同步角方法,结合对入射激光束进行监测,解决了视频调制中激光器噪声对模拟信号调制影响的问题,提高了工作稳定性。实验结果表明：该电光调制器具有良好的线性和较高的灵敏度。     

基于双面金属包覆光波导的传感器温度特性研究及实验验证

双面金属包覆波导结构(SMCW)是由一层介质波导层被两层金属膜层上下包覆的一种新型波导结构; 本文基于金属层和介质层材料的热-光效应和热膨胀作用, 研究了双面金属包覆波导结构的温度特性. 计算分析的结果表明, 金属膜层的厚度、金属的介电系数、波导层的厚度及其介电常数几乎都与温度变化成比例, 同时, 对双面金属包覆波导结构的波导功能起主要影响的是介质层的厚度值随温度的变化. 本文分别在光谱模式和角度模式下研究双面金属包覆波导结构的反射特性, 并将其应用于基于双面金属包覆波导结构的传感器, 其灵敏度约为21.89 pm/K(光谱模式)和1.449×10^-3 rad/K(角度模式). 最后, 本文对角度模式的模拟分析进行了实验验证, 实验验证结果与模拟分析结果基本一致, 实验所用SMCW样品的平均灵敏度约为0.517×10^-3 rad/K, 与模拟分析的灵敏度结果同一量级. 双面金属包覆波导结构的传感器对温度非常敏感, 且该结构的物理构造简单, 成本低, 具有非常大的潜在应用价值.     

M-Z型极化DANS聚合物电光波导强度调制器研究

研究了Mach-Zehnder型极化聚合物电光波导强度调制器的制备工艺.器件采用DANS (4-dimethylamino-4′nitro-stlibene)聚合物为电光波导材料,由电光波导层、上下介质缓冲层、上下金属电极层构成五层波导结构.对五层光波导各层之间的光学、化学以及微加工工艺的相互兼容性进行了深入研究.采用紫外光漂白方法制备出侧壁光滑的条波导,采用钨丝电晕极化方法对DANS聚合物波导进行有效极化,使其具有电光特性.通过优化器件制备工艺,研制出工作波长为1300 nm的M-Z型电光波导强度调制器原型器件.实验测得器件半波电压约为10 V,调制带宽约为1 GHz.     

平面光波导用于实时测试生化反应新方法的研究

在分析经典消逝波光波导生化传感器的基础上,为寻找性能更佳的传感器,探讨用更为直观的截止特性来进行生化传感。分别对三层及四层平板波导进行了研究,指出了作为基于截止特性的生化传感器三层波导结构存在的局限性。在理论上研究了可以在四层波导中使用变折射率材料来进行基于截止特性的生化传感,并给出了由空气隙、极化聚合物、高折射率薄膜、待测物组成的传感器结构示意图。用数值分析的方法绘出了此装置的灵敏度与高折射率薄膜厚度的关系曲线,并将它同经典消逝波光波导生化传感器灵敏度与薄膜厚度关系图进行了比较。结果表明,这种新型传感器理论上可以在较厚的薄膜结构中达到很高的灵敏度。     

基于电光聚合物的表面等离激元调制器

基于电光聚合物,提出了一种结构简单,尺寸小,效率高的表面等离激元(SPP)调制器.该调制器采用M-Z干涉仪结构的金属波导,金属周围是均匀极化后的电光聚合物,通过在金属波导两臂间加电压对聚合物折射率进行调制,折射率调制再通过M-Z干涉仪结构转化为对金属波导中SPP强度的调制. 通过求解金属波导附近的电场分布,并结合SPP场分布的特点,在理论上说明了这种结构可以通过外加电压有效地调制金属波导输出端SPP的强度,调制所需的半波电压约为2.8V. 关键词： 表面等离激元 电光调制 电光聚合物     

聚合物光子晶体波导中慢光传输的电光动态调制

全光缓存器是未来全光网络中不可或缺的关键器件.针对可控光延迟和光存储的应用需求,研究了光子晶体波导中慢光传输的外部动态调制.设计了一种新型的聚合物光子晶体波导结构.用平面波展开法仿真得到该波导结构带隙中存在单一的TE导模,导模带边处的群速度可达10-2c.由于基底聚合物材料具有高电光系数和瞬态的电光响应时间,且导模慢光传输产生的电磁场局域对电光效应有增强作用.可在低涮制电压的条件下实现对慢光导模的大范围动态调制.数值分析得到在外加调制电压为80 V时导模带边波长的移动幅度达80.8 nm.慢光导模的移动随调制电压的变化基本呈线性关系,且调制的灵敏度约为1 nm/V.这种线性的外部动态调制基本可满足全光网络对慢光光缓存的需求.     

大范围光纤布拉格光栅温度传感器增敏实验研究

简要分析了光纤布拉格光栅的温度响应及增敏原理,采用特殊耐高温有机聚合物对光纤光栅进行温度增敏封装,并通过改进光纤光栅的聚合物封装固化工艺,使用某种有机硅导热胶减小有机聚合物与套管材料的粘合度,消除了封装过程中由于聚合物材料不均匀收缩引起的光纤光栅反射谱啁啾化,实现20～180℃范围内光纤光栅传感器对温度高灵敏度测量。实验结果表明．聚合物封装光纤光栅传感器温度响应灵敏度在20～130℃为0．05nm／℃,在130～180℃达到了0．22nm／℃,并在两个区域保持较好的线性与重复性。此结构传感器封装工艺简单,易于实现,可用于高温恶劣环境下的温度单参量测量。     

铁电SBN薄膜电光系数的测量及其在波导中的应用

利用溶胶-凝胶法在MgO(001)衬底上获得C轴择优取向的铁电铌酸锶钡(SBN)薄膜,主要介绍MgO(001)衬底上SBN60薄膜及掺入的K离子与Nb离子摩尔比例为1：3的SBN60薄膜横向电光系数r51的测量,实验测得不掺K的SBN60薄膜r51值为37．6pm／V,掺K的r51值为58．5pm／V。并由此设计一种基于MgO(001)衬底上的马赫一曾德尔型SBN60薄膜波导调制器,计算出在633nm时,掺K比例为1：3的此种波导调制器半波调制电压值为10V,不掺K的半波电压值为16V,结果说明掺入K离子能增加薄膜的横向电光系数并有效的减少波导的半波调制电压。     

基于连通器原理的小探头光纤液位传感器研究

介绍了以汞包层光波导为传感探头的光纤液位传感器的原理及信号处理,其工作原理是利用连通器将液位的变化转变为汞包层光波导包层长度的变化。理论分析和实验表明,当光波导直径和光波长一定时,光功率衰减随汞包层光波导长度增加作线性增加。通过对汞包层光波导引起光功率衰减的检测,探头结构的优化设计以及探测器件的选型,可以获得实时性很强的高精度液位测量。实验测得10m液位的最大测量误差为5．2mm,理论分析的相对测量精度可达0．02％。该液位传感器的研制对于油库等易燃、易爆环境中的液位测量具有重要意义。     

光波导F-P干涉型电场和电压传感器

本文报道了 LiNbO₃质子交换光波导 F-P 干涉型电场和电压传感器的结构、制备、工作原理、实验装置与测量结果.用半导体激光器(780nm)作光源,测量了器件对频率在20Hz～1KHz 电场的响应特性,着重测量并得到工频(50Hz)交流电场(幅值为8.3～75V_zms/cm)和电压(20～180V_rms)与调制光输出电压之间的关系曲线.实验研究表明:该器件的线性度为1.4%,电场灵敏度为61.4mV_rms/V_rms/cm,电压灵敏度为25.6mV_rms/V_rms;且具有结构简单、制作容易、几何尺寸小、光传输插入损耗低等优点;稍加完善,可望制成实用化器件.     

基于周期性极化铌酸锂倍频的光学电压传感方法

从光学电压传感器的原理出发,在周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体倍频(SHG)效应基础上,提出了一种新的光学电压传感方法,讨论了周期性极化铌酸锂不同长度、不同占空比对该电压传感性能的影响,并给出了图示。结果表明：当周期性极化铌酸锂长度一定,在占空比为0．3或0．7时,灵敏度最高;在占空比趋于0．5,但不等于0．5时,电压测量范围最大;长度增加,灵敏度提高,但测量范围变小。这些结果为制作此类传感器提供了可靠的理论依据。     

Spatial filtering using poled polymer etalon light modulators

Spatial filtering using poled polymer light modulators is studied. The use of a resonator structure is proposed to minimize the driving voltage. Side-chain polymer poly-orange tom-1 isophoronedisocyanate is used as a material. The measured electro-optic coefficient r ₃₃ is 23 pm/V at the wavelength of 633 nm. Spatial filtering of the input images are realized with 30 V applied voltage.     

基于偶联剂技术的光纤光栅压力传感实验研究

报道了利用偶联技术封装光纤光栅压力传感器的新方案.通过采用特殊聚合物材料将光纤光栅封装于金属管中,并采用偶联材料分别与聚合物和光纤以化学键偶联的工艺,解决了由于有机弹性体聚合物的弹性模量（1.2×105 N/m2）与光纤光栅的弹性模量(7×1010 N/m2)相差很大,在压强较大时易导致光纤光栅与聚合物材料之间的撕裂滑脱问题,改善了光纤光栅压力响应特性.封装后的光纤光栅压力的线性测量范围为0.04 MPa~0.6 MPa,压力响应灵敏度为－4.48 nm/MPa,与裸光栅压力响应灵敏度－0.003063 nm/MPa相比,增敏了1463倍.利用实验中所使用光谱仪0.05 nm的分辨率,压强测量准确度为±0.01 MPa,线性度为0.9978.     

Quasi-reciprocal reflective optical voltage sensor based on Pockels effect with digital closed-loop detection technique

A novel Pockels effect based optical voltage sensor (OVS) consisting of quasi-reciprocal reflective optical circuit is proposed and demonstrated in this paper. The quasi-reciprocal reflective optical circuit is realized so that a digital closed-loop detection technique adopted from fiber gyroscopes can be introduced to obtain the voltage-induced Pockels phase. Due to the digital closed-loop detection scheme, the proposed OVS is insensitive to the fluctuation of the light intensity and the dynamic range is independent of the half-wave voltage of the Pockels crystal compared to the conventional crystal bulk-type with the light intensity based detection scheme. A prototype of the proposed OVS is designed and evaluated. The calculated results of the electric field distribution show that the maximal measured voltage of the sensing element is up to 15 kV. The dc voltage from 0 to 3000 V and 50 Hz ac voltage from 0 to 5000 V are measured with good linearity. The proposed OVS achieves accuracy within ± 1% and ± 0.44% with the measured dc voltage above 800 V and ac voltage above 500 V, respectively. The influences of the alignment error in the sensing element on the measurement accuracy are also theoretically analyzed and experimentally verified.     

Electro-optic measurement of poled polymer-based asymmetric Fabry–Perot cavity

An easy way to determine linear electro-optic effect of poled polymer materials was demonstrated by polymer-based asymmetric Fabry–Perot multiple reflection cavity. The standing-free technique of the cavity and reflective light path configuration was adopted in the measurement. This method can convert probe beam from phase modulation to intensity modulation without the reference beam for electro-optic application of poled polymer. The polymer used was a disperse red 1 doped guest/host material. The principle of the system was analyzed by multiple reflection and index ellipsoid methods, and the voltage sensitivity about 6 mV/Hz of the system was obtained at 1 kHz input signal.     

High sensitivity plasmonic temperature sensor based on a side-polished photonic crystal fiber

A high sensitivity plasmonic temperature sensor based on a side-polished photonic crystal fiber is proposed in this work.In order to achieve high sensitivity and high stability,the gold layer is coated on the side-polished photonic crystal fiber to support surface plasmon resonance.The mixture of ethanol and chloroform is used as the thermosensitive liquid.The performances of the proposed temperature sensor were investigated by the finite element method(FEM).Simulation results indicate that the sensitivity of the temperature sensor is as high as 7.82 nm/℃.It has good linearity(R;=0.99803),the resolution of 1.1×10;℃,and the amplitude sensitivity of 0.1008℃;.In addition,the sizes of the small air hole and polishing depth have little influence on the sensitivity.Therefore,the proposed sensor shows a high structure tolerance.The excellent performance and high structure tolerance of the sensor make it an appropriate choice for temperature measurement.     

Measurement of the optical transmission modes and losses of the poled guest–host polymer NAEC/PEK-c planar waveguides

The polyetherketone (PEK-c) guest–host polymer planar waveguides doped with (4′-nitro)-3-azo-9-ethyl-carbazole (NAEC) were prepared. The waveguide films were poled by corona-onset poling at elevated temperature (COPET), and the corona poling setup includes a grid voltage making the surface-charge distribution uniform. By using the prism-in coupling method, the dark-line spectrum given by the reflected intensity versus the angle of incidence have been obtained, and the optical transmission losses of mth modes have been measured for the poled polymer waveguides at λ=632.8 nm. The measurement result showed that the optical loss of the fundamental mode is less than 0.7 dB cm⁻¹ for the TE polarization.     

热声转换的声表面波电压传感机制

提出了一种基于热声转换的高灵敏声表面波(SAW)电压传感机制并开展实验验证。从传热角度以及微扰理论出发建立了基于热声转换机制的SAW电压传感理论模型,探索了结构参数以及环境因素对SAW电压传感器灵敏度的影响规律。为了验证理论模型,在Y切石英基底上同芯片集成设计MEMS微型加热器与200 MHz声表面波器件以制备SAW电压传感器件,并搭建电压测试平台对传感器件开展性能测试。实验结果表明所制备的SAW传感器件电压与频率响应之间具有二次线性关系且在室温(20℃)下具有与理论相近的电压灵敏度(22.4 kHz/V),此外实验获得的环境温度对电压灵敏度的影响规律与理论相符。基于热声转换机制的SAW电压传感器能够显著的提高电压检测灵敏度。     

基于多芯光纤级联布喇格光纤光栅的横向压力与温度同时测量

提出并制作了一种基于多芯光纤与单模光纤错位构成的马赫-曾德尔干涉仪,将其与光纤布喇格光栅级联,形成的全光纤传感系统可实现横向压力和温度双参量同时测量.马赫-曾德尔干涉仪是利用多芯光纤和单模光纤的模场不匹配而发生模间干涉,当外界横向压力直接作用在多芯光纤内部光场,干涉仪具有较高的灵敏度.实验结果表明:马赫-曾德尔干涉仪压力灵敏度为28.57nm/(N·mm~(-1)),线性度为0.997,而光纤布喇格光栅在一定范围内对压力变化不敏感;马赫-曾德干涉仪和光纤布喇格光栅对温度变化都具有较高的线性度,温度灵敏度分别为56.1pm/℃和11.3pm/℃.对于分辨率为0.02nm的光谱仪,传感器可实现的压力和温度测量分辨率分别为7.0×10~(-4)N/mm和0.03℃.马赫-曾德尔干涉仪的透射谱和光纤布拉光栅的谐振峰对横向压力和温度的变化有不同的光谱响应,利用光谱仪对传感器的透射谱实时监测,方便地实现了压力与温度双参量的测量.该传感器结构简单,灵敏度高,可用于不同领域的压力传感.