光固化成型中紫外光源-光纤耦合研究

CPS(Compact Prototyping System)光固化成型系统中,以紫外灯作为光源,通过光纤传输紫外光到液面,进行扫描成型.光源通过椭球反射镜集光,在焦点处与光纤耦合,提高了光源-光纤的耦合效率,在实际的光源-光纤耦合中,光纤的装配存在着角度误差、离焦误差、离轴误差三种形式,这些误差影响传输光束的传输效率.在光纤的输出端,聚焦透镜将紫外光汇聚,光斑尺寸更小,能量更加集中.CPS成型机中使用的紫外光的能量并不是均匀分布的,光斑的中心能量高,边缘能量低,不同的能量分布影响树脂固化的形貌和质量.     

分立式与分布式光纤传感关键技术研究进展

光纤传感技术已广泛应用于航空航天、石油化工、电子电力、土木工程、生物医药等领域,其技术形式主要体现为分立式和分布式.分立式光纤传感技术利用光纤敏感器件作为传感器来感知被测参量的变化,光纤作为光信号的传输通道连接光纤传感器及后端的解调装置;分布式光纤传感系统基于光纤瑞利散射、拉曼散射或布里渊散射等光学效应,利用光纤本身作为传感器,可对沿途的光信号进行大范围、长距离传感.本文介绍了分立式与分布式光纤传感中主要关键技术的研究进展,并对未来的研究和发展方向进行了探讨.     

光纤结构光场产生及应用

光纤结构光场作为光场调控的一个重要分支,逐渐引起了研究者们的广泛关注。首先基于光纤矢量模式理论,讨论了光纤中具有空间偏振/相位奇异特性的结构光场的产生机理;然后,介绍了光纤结构光场的产生方法,如长周期光纤光栅耦合法、光纤端面微结构法和轨道角动量转换法等;最后,介绍了光纤结构光场在超分辨成像、涡旋光通信、等离子针尖纳米聚焦和非线性频率转换等方面的一些典型应用。     

干涉式光纤陀螺光路系统的物理模型

光路系统的偏振误差极大地制约着光纤陀螺精度的提高。利用相干矩阵和琼斯矩阵对光纤陀螺中光学器件和熔接点的光学参数进行描述,建立了干涉式光纤陀螺光路系统的物理模型。与之前相关文献报道相比,该模型所表达的光路系统更加接近于工程实际。在此基础上,提出一种分析光学器件和熔接点缺陷,以及光路损耗对光纤陀螺偏振误差影响的新方法。该方法可以有效地分析光路系统缺陷对零偏和标度因数的影响,在工程上可作为评价干涉式光纤陀螺光路系统性能的一个途径。     

探针型光导纤维传感器的设计

光纤传感器传输、调制的都是光信号,因此它具有抗电磁干扰的能力,能用于易燃易爆的环境。在测试领域中,光纤传感器近些年来发展异常迅速,是一种很有发展前途的新型传感器。光纤传感器大致分为两类。一类为功能型,其中光纤不仅作为传输光信号的元件,而且还作为敏感元件。这类传感器调制的信号为光的相位、波长等参数,其灵敏度非常高。但由于结构复杂、技术难点较多、检测手段复杂,国内外在其应用上微乎其微。另一类为非功能型,光纤仅作为传光元件,它所调制的信号为光强。这一类型的传感器灵敏度比功能型的低许多,但结构简单,信号处理部分技术成熟,国内外都有少量产品投入市场。本文针对功能型光纤传感器结构复杂等一系列不足,介绍一种能检测压力、温度、电场、磁场等物理量的探针型光纤传感器,其构思新颖,结构简单,是一种高灵敏度而且适用性又较强的新型传感器。     

双包层掺Yb3+光纤激光器的关键技术

大功率光纤激光器作为第三代激光器的代表,在激光加工和激光武器方面有着重要应用.介绍了掺Yb3+光纤激光器的发展历程,理论上分析了光纤激光器的泵浦阈值和输出功率,讨论了实验过程中涉及到的大功率LD泵浦、光纤耦合和双包层光纤等关键技术,为同类激光器的改进设计和深入研究提供参考.     

光纤陀螺温度场仿真分析与陀螺外罩结构优化设计

通过对Shupe误差数学模型进行分析,确定了引起Shupe误差、导致陀螺零偏误差大的原因之一是闭环光纤陀螺光纤环温度场时空分布不均。利用Ansys Workbench与Icepark软件建立了闭环光纤陀螺敏感单元有限元热模型,并对该模型进行了瞬态与稳态温度场的仿真分析,得出通过改进陀螺外罩设计可以使光纤环温度场分布更加均匀,有助于减小Shupe误差引入的零偏误差。结合仿真结果,进一步对陀螺外罩的几种热设计方案进行了热仿真分析与定量化设计,确定了陀螺外罩的最优设计方案:当内层采用厚度为0.8 mm的软磁合金材料作为隔热层,外层采用厚度为1.5 mm硬铝材料作为均热层时,光纤环的温度时空变化率最小。通过对优化方案进行实验验证,使光纤环在降温过程中温度变化减小了1.8 ℃,使其最高最低点温度差减小了0.68 ℃。     

掺铒光纤动态光栅与光纤Bragg光栅Fabry-Perot腔特性研究

提出的一种由掺铒光纤动态光栅和光纤Bragg光栅构成的Fabry-Perot腔。通过建立二能级掺铒光纤动态光栅模型,根据半经典相互作用理论和传输矩阵理论,计算出掺铒光纤动态光栅以及该Fabry-Perot腔的透过率和反射率,并分析动态光栅中相干探测场拉比频率、掺铒光纤长度、光纤Bragg光栅的折射率调制深度以及FabryPerot腔的腔长等参数改变时对动态光栅和Fabry-Perot腔反射谱的影响。该Fabry-Perot腔的一个重要性质是其输出光谱可以通过调节探测场的拉比频率、探测场波长等参数进行动态调制。相比于由两个光纤Bragg光栅构成的Fabry-Perot腔,参数可调的系统比参数固定的系统更加灵活,并且能够克服Fabry-Perot腔两端的光纤Bragg光栅不对称的缺点(如不同的Bragg波长、折射率调制深度等),更有利于Fabry-Perot腔的模式选择。该光纤Fabry-Perot腔可以应用于光纤通信的光信号处理或光纤传感领域。     

空芯反谐振光纤与单模光纤的低损耗熔接研究

光子晶体光纤因具有设计自由、导光机制新颖等优势而被人们广泛关注。相比于带隙型光子晶体光纤和Kagome光纤,空芯反谐振光纤(HC-ARF)由于具有结构简单、单模导光、传输谱宽且损耗低的特点,在紫外/中红外光传输、高功率激光产生、非线性光学及传感等领域都具有很好的应用。但是HC-ARF要真正得到广泛应用,其与普通单模光纤的熔接必须简便且损耗低,然而,HC-ARF包层特殊的毛细管孔结构在熔接过程中容易坍塌,且其模场直径不同于普通单模光纤,故直接熔接时损耗很大。为此,引入一段纤芯直径为20μm的实芯大模场光纤作为模场过渡,实现了HC-ARF和普通单模光纤之间的熔接,熔接损耗由直接熔接的3dB降至0.844dB。     

单模光纤连接损耗研究

本文从单模光纤高斯模场解析分析法入手,推出了单模光纤归一化频率与高斯模场直径的解析表达式,此后,导出了单模光纤连接中同时存在横向偏移,轴线倾斜,端面间隙,以及光纤直径不匹配时的连接损耗更加完整而普通的计算公式,从而为单模光纤连接器及单模光纤熔接机对准系统的设计提供了依据。     

使用FBG及更短光纤的高效Er3+-Yb3+共掺双包层光纤放大器

提出在光纤放大器中,使用光纤布喇格光栅作为泵浦光反射镜,所需的双包层光纤可以缩短,同时至少保持了与没有光纤布喇格光栅作为反射镜时光纤放大器相同的性能.基于速率及传输方程,对使用和不使用光纤布喇格光栅的铒、镱共掺双包层光纤放大器的性能进行了数值模拟.结果表明,使用光纤布喇格光栅作为反射镜时光纤放大器可以获得与无光栅时相同的输出功率,但仅仅需要后者长度一半的光纤,无论是前向泵浦还是后向泵浦.对后向泵浦方式并使用光纤布喇格光栅作为反射镜,可获得最高的输出功率及光增益,同时使用了较短的光纤.     

V型高双折射光子晶体光纤超连续谱产生的实验研究

高非线性高双折射光子晶体光纤是超连续谱产生的最有效介质之一, 因此本文选取V型光子晶体光纤作为研究对象. 通过多极理论数值模拟的结果, 确定V型光纤具有高双折射、高非线性等特性. 通过实验手段, 发现入射光中心波长和光纤的双折射效应对产生的超连续谱有很大的影响: 当入射光波长处于光子晶体光纤大的反常色散区时, 脉冲相对展得比较宽, 长轴要比短轴方向的超连续谱更宽, 频谱成分更加丰富. 在同一波长下光偏振方向越接近45°时, 超连续谱谱宽范围越大. 随着入射脉冲功率的增加, 超连续谱展得越宽, 但是当功率比较大时会达到功率饱和. 关键词： 光子晶体光纤 高双折射 多极理论 超连续谱     

晶体光纤及晶体衍生光纤制备与应用综述

晶体光纤是一种新型的高性能光纤材料,具有稀土离子掺杂浓度高、传光性好、耐高温、耐腐蚀等优点.晶体光纤在激光及传感方面具有巨大的应用潜力,然而至今还没有成功制备出真正意义上的同时具有晶体纤芯和晶体包层的小芯径晶体光纤.与传统的玻璃光纤相比,晶体光纤的制备工艺更加复杂,如何对晶体光纤制备工艺进行完善和创新是当前需要解决的重要问题.为了探索提高晶体光纤质量的途径,本文以晶体光纤的四种制备技术为主线,回顾了晶体光纤及其制备方法的发展历程,讨论了每种制备方法的局限性,对晶体光纤目前的应用状况进行了总结,并对其未来发展趋势进行了展望.     

S型光纤锥的研究进展

随着新型微加工工艺的发展,传统的锥型光纤发展派生出数千种不同的微结构光纤.其中,S型光纤锥由于其体积小、质量轻、抗电磁干扰以及可以直接嵌入结构化系统的灵活性得到了迅猛地发展.随着对S型光纤锥研究的深入,基于S锥的各种结构和功能的光纤传感器不断地被提出,用于测量温度、应变、折射率、湿度和磁场等,不仅丰富了光纤传感器的种类,更加深了人们对传感机理的认识.本文全面回顾了S型光纤锥的研究进展,包括传感原理、制备方法、各种传感结构组合以及传感应用等,并对其发展进行了展望.     

空芯光纤中介质层材料色散的研究

提出一种根据实验测量的损耗谱曲线,通过曲线拟合等方法获得空芯光纤巾介质层薄膜材料色散性质的方法,并使用此方法得到了数种空芯光纤中常用的介质层材料在可见光与近红外Ⅸ域的色散柯西公式.将得列的介质层材料色散引入到空芯光纤传输损耗谱的理论计算中之后,相对于小考虑材料色散或者使用文献中提供的色散数据进行计算的结果,理论计算结果能更好地符合实验测量结果,从而能够在理论上更加准确地预估空芯光纤在可见光与近红外区域的低损耗窗口的位置.所获得的材料色散柯西公式对于空芯光纤的高性能化没计有重要的辅助作用.     

液芯光纤及其应用

液芯光纤是一种新型的光传输元件,它不同于常见的普通石英光纤,此种光纤以透明液体作为纤芯材料,填充于折射率较低的聚合物材料包层管中。具有芯径和数值孔径大、光谱传输范围广、传光效率高等特点。因此,特别适用于紫外固化、光谱治疗、荧光检测、刑侦取证、科学研究等方面。     

光纤传感技术在核电站安全监测中的应用研究

核电站的安全运行关系到人类生命和财产安全,及时掌握核电站的运行状态是确保核电安全运行的重要前提。光纤传感器具有抗电磁干扰、本质安全、便于联网、易于实现远程和在线测量等一系列优点,可以解决目前核电站运行监测中的诸多不足,能够提供更加准确和可靠的数据。本文阐述了光纤传感技术在核电站中的应用前景,包括管道的振动监测、混凝土的应变、温度监测。通过对光纤传感技术介绍,总结了光纤传感技术的特点和进一步研究发展的方向,指出光纤传感技术在核电站安全监测领域具有的巨大优势和广阔应用前景。     

光纤随机激光器及其应用研究进展

光纤随机激光器是一种新型光纤激光器,与常规光纤激光器相比,得益于其无谐振模式、更好的稳定性、更高的可靠性、更简单的结构等优势,近年来在高功率/高效率、宽谱发射、低相干性等多类型新光源探索方面得到了长足的发展,产生了系列研究成果.作为国内最早开展全光纤随机激光器研究的团队负责人,本文作者首先系统回顾了光纤随机激光器的发展历程,然后重点介绍了近年来光纤随机激光器取得的重要研究进展和在光纤传感、光通信等领域的应用进展,最后对其未来发展提出了展望.     

光纤激光器与放大器

光纤中掺杂少量稀土元素后可成为激活介质，进而可制作成光纤激光器与放大器．本文简要阐明这种新颖激光及其放大的机制与初步理论，并指明一些因素对其性能的影响．作为光纤激光器的谐振腔，除沿用常规的法布里－珀罗腔外，还可使用光纤环形腔、双环反射器谐振腔及史密斯腔等．本文还对光纤激光放大、调Ｑ、锁模、频率调谐等重要光纤激光技术作了扼要介绍．     

基于光纤谐振腔的新型马赫-曾德尔干涉仪型波长交错滤波器

为改善全光纤波长交错滤波器(Interleaver)的输出特性,提出了一种将带自反馈光纤谐振腔的2×2光纤耦合器作为马赫-曾德尔干涉仪(MZI)输出端耦合器的新型全光纤MZI-Interleaver,推导了该器件的输出表达式,并进行了数值模拟分析.分析结果表明:改进后的MZI-Interleaver透射波形更加接近于方波,阻带抑制和过渡带滚降特性明显加强;与传统的光纤谐振腔辅助MZI-Interleaver相比,在考虑传输损耗的情况下,改进后的MZI-Interleaver相干涉的两束光信号不存在幅度差异,因此降低了传输损耗对全光纤MZI-Interleaver消光特性的影响.