用相位恢复方法测量多孔光纤的三维折射率分布

结合计算机断层成像方法，提出了一种新的相位恢复显微测量实验技术.应用该技术测量了多孔光纤的三维折射率分布.这种技术是基于强度传递方程的理论，对相位的测量是直接的，测量对光纤无损害.这是一种测量多孔光纤的三维折射率分布的有效方法. 关键词： 断层法 相位恢复 显微测量 多孔光纤     

变折射率球的折射率分布无损测量:大口径交流谐波剪切干涉仪(英文)

本文提出用一种大口径交流谐波剪切干涉仪作变折射率球的折射率分布快速、自动、无损测量.文中叙述了实验装置、测量原理、实验技巧、数据处理及结果.计算机模拟和实验表明,横向干涉法中的曲线轨迹分析精度优于直线轨迹分析.     

基于光纤布拉格光栅拉锥的带宽可调微光纤马赫-曾德尔干涉仪

提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)拉锥的带宽可调的微光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI),该微光纤MZI的两端为关于中心束腰光纤对称的锥形微啁啾长周期光栅(CLPG)。对拉锥后的光栅周期及折射率分布进行了建模及仿真。折射率测试结果表明,MZI透射光谱带宽的倒数与氯化钠(NaCl)溶液折射率呈线性关系,通过改变NaCl溶液折射率可以调谐透射光谱带宽。对透射光谱1550 nm处的带宽进行了测量,得到折射率调谐带宽的精度为0.64318 nm~(-1)·RIU~(-1)。     

光纤锥在线型马赫-曾德干涉仪的折射率传感特性

提出了一种基于光纤锥的在线型光纤马赫-曾德干涉仪式折射率传感器.传感器是在一根单模光纤上使用光纤熔接机拉制出两个光纤锥,光纤锥的直径为43.7μm,长度为480μm.干涉仪中光纤锥充当光纤耦合器,激发出光纤高阶模,并将高阶模耦合进单模光纤使之与纤芯基模形成模间干涉.被环境溶液的折射率、温度的变化改变模式间相位差,将导致干涉仪的传输光谱发生漂移,从而实现传感测量.实验结果表明:当环境溶液的折射率变化范围为1.335~1.403RIU时,传感器的折射率灵敏度为-128.233nm/RIU;当水溶液的温度变化范围为30~75℃时,传感器的温度灵敏度为0.111nm/℃.该传感器具有制作方法简单、灵敏度高、成本低等特点,可应用于生物传感测量.     

基于光纤气泡和纤芯失配的Mach-Zehnder干涉液体折射率传感器

介绍了一种基于光纤气泡和纤芯失配的Mach-Zehnder干涉液体折射率传感器. 将两根纤芯经过腐蚀的普通单模光纤熔接在一起, 在熔接点处形成一个气泡, 在距气泡20 mm处级联一段20 mm的细芯光纤, 再接入一段单模光纤, 形成单模光纤-气泡-单模光纤-细芯光纤-单模光纤结构的传感器. 气泡与光纤芯径失配处的两个节点起到光纤耦合器的作用, 从而形成光纤Mach-Zehnder干涉仪. 环境液体折射率的变化,将使得传感器透射谱能量发生变化, 通过测量干涉谱波峰峰值能量从而实现对折射率的测量. 并对所制作传感器的折射率响应特性进行了实验研究, 实验结果表明干涉谱波峰峰值能量与环境液体折射率之间存在良好的线性关系, 当环境液体折射率变化范围在1.351–1.402时, 响应灵敏度为143.537 dB/RIU, 线性度0.996. 该传感器在生物化学领域有较好的应用前景. 关键词： 光纤气泡 纤芯失配 Mach-Zehnder干涉仪 折射率传感     

少模光纤模式反射迈克尔孙干涉仪及其游标增敏应用

提出了一种少模光纤迈克尔孙干涉仪（MI）级联法布里-珀罗干涉仪（FPI）的游标增敏折射率传感器。少模光纤MI用作参考干涉仪,开放腔FPI作为传感干涉仪,解决了传统双FPI传感器的参考干涉仪制备复杂、可控性差的问题。仿真研究了单模-少模光纤错位量对少模光纤模式激发效率的影响,以及少模光纤长度对增敏倍数的影响。基于仿真优化参数制备了少模光纤MI-FPI传感器,并测试了其折射率响应特性,分析了增敏极限及限制因素。该传感器在1.3384～1.3412的折射率范围内的折射率灵敏度达到12466.956 nm/RIU（灵敏度单位）,相对于无MI级联的单个FPI传感器提升了12.29倍,放大倍数可基于少模光纤长度灵活控制。该方法使传感器的增敏效果显著、增敏倍数可控、制备方法简单且光谱稳定性好,在折射率传感领域具有潜在的应用价值。     

基于Mach-Zehnder干涉仪的光纤气体传感器理论

提出了一种基于马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪的光纤气体传感器。由于Mach-Zehnder干涉仪具有抑制光源噪声和模式噪声的特点,在高精度测量中越来越受到重视。在干涉仪的传感臂上涂有对待测气体敏感的薄膜,由于气体与敏感层的作用,导致光纤纤芯折射率发生变化,两臂的相位差发生变化,并引起干涉仪输出光强的变化和干涉条纹的平移,平移量与气体浓度对应。根据杨氏双缝干涉的理论,利用MATLAB对该研究进行计算机仿真,绘制出单色光的杨氏干涉图样和光强分布曲线,及气室中通入一定浓度的待测气体使干涉图样产生平移。     

测量光纤折射率分布还原算法的研究

用透射式微分干涉法测量光纤内部折射率分布,其原理是利用旋转检偏器对测量光束进行调制,从相位分布和光程分布中计算出折射率分布。其中,从光程分布中解算出折射率分布的算法是关键。讨论了该算法的数学模型,推导了测量公式,并对算法的稳定性和误差进行了分析。利用自行研制的系统对渐变折射率分布光纤进行实测,与在NR 9200光纤测量仪上的结果进行了比较,对主要误差源进行了分析和计算机模拟。实测和模拟计算结果表明,该算法原理正确,系统稳定,测量精度优于10-3,完全可以用来测量光纤折射率分布。     

基于少模-无芯-少模光纤结构的高灵敏度折射率传感器

光纤折射率传感器广泛应用于各种复杂环境的监测。设计了一种基于少模光纤（fewmode fiber,FMF）–无芯光纤（coreless fiber,CLF）–FMF结构的高灵敏度折射率传感器。该传感器由2小段FMF之间熔接1段减薄的CLF组成马赫-增德尔干涉仪（Mach–Zehnder interference,MZI）,测量外界折射率,利用光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating,FBG）进行温度补偿。MZI干涉光谱中的谐振波谷同时受折射率和温度影响,FBG只受温度的影响。利用MZI和FBG的折射率和温度灵敏度系数构建灵敏度矩阵,实现折射率和温度的同步测量。实验结果表明,MZI折射率灵敏度为345.66 nm/RIU,温度灵敏度为0.013 4 nm/℃;FBG的温度灵敏度为0.010 4 nm/℃。     

四芯光纤弯曲传感器

提出了一种新颖的基于四芯光纤的弯曲传感器,可用于弯曲测量。该传感器采用一段四芯光纤作为敏感单元,四芯光纤的四个纤芯作为一个四光束干涉仪,在光纤出射端远场形成周期分布的干涉格子。该四光束干涉仪的干涉相位差是光纤弯曲曲率半径的函数,因而,弯曲曲率半径的变化可导致格子光场的移动。波长为650 nm的低相干半导体激光二级管被用来做为光源,所形成的干涉格子光场由CCD探测器记录。理论上,建立了远场格子图案强度分布函数与曲率半径的关系,并得到了实验的验证。     

基于数字全息图的光纤折射率测量研究

利用数字全息显微层析技术构建了光纤折射率测量的测试系统, 包括光路系统与软件系统. 以物光波的相位分布曲线为依据由CCD记录最优的数字全息图; 在优化频谱图的基础之上对全息图做频域滤波, 准确选取物光波所对应的频谱范围; 使用基于角谱理论的再现算法提取出物光波的相位分布信息, 并通过模拟全息图验证相位提取的准确性; 由单幅全息图提取的相位分布信息, 结合光纤的多层模型, 还原出光纤断层面沿直径方向的折射率分布. 以单模、多模光纤为实验样品进行了测量, 测量结果与S14折射率测量仪的测量结果吻合, 精度可达10^-4. 实验对比结果表明本文方法可简单、快速、准确地测量光纤内部的折射率. 本文还对特种光纤的折射率进行了测量研究.     

结合计算层析与光学相干层析测量折射率分布

通过将计算层析技术与光学相干层析技术相结合,测量散射介质非均匀折射率分布。该方法测量散射样品折射率分布时,通过光学相干层析技术测量散射样品折射率分布在多个方向上的投影,采用计算层析技术实现对样品折射率分布的层析重建,克服了传统折射率光学测量方法如单纯的基于光学相干层析原理的焦点追迹法和光程匹配法,不能测量散射介质非均匀折射率分布的缺点。采用该方法在实验中对梯度折射率棒的径向相对折射率分布进行层析重建,取得了较好的实验结果。     

扭转保偏光纤的三维折射率测量

基于数字全息显微层析技术,采用横向干涉系统,旋转被测的扭转保偏光纤,获得光纤180°视角下各个角度的全息图并由CCD记录,通过图像处理与再现算法提取物光波的相位分布信息.利用滤波反投影还原出光纤各个断面的二维折射率分布,并由此构建扭转保偏光纤的三维折射率分布,揭示扭转保偏光纤内部的三维信息.测量结果显示,扭转保偏光纤的应力柱随着光纤同时扭转,但包层、应力柱和纤芯的折射率并不改变.采用边缘检测提取了光纤不同断面应力柱的位置,并计算了扭转保偏光纤的扭转角度.     

Long period grating cascaded to photonic crystal fiber modal interferometer for simultaneous measurement of temperature and refractive index

We propose and demonstrate a novel and simple dual-parameter measurement scheme based on a cascaded optical fiber device of long-period grating (LPG) and photonic crystal fiber (PCF) modal interferometer. The temperature and refractive index (RI) can be measured simultaneously by monitoring the spectral characteristics of the device. The implemented sensor shows distinctive spectral sensitivities of -30.82 nm/RIU (refractive index unit) and 47.4 pm/°C by the LPG, and 171.96 nm/RIU and 10.4 pm/°C by the PCF modal interferometer. The simultaneous measurement of the temperature and external RI is experimentally demonstrated by the sensor. The temperature shift and RI shift calculated by the sensor matrix agree well with the actual temperature and RI change in the experiment.     

An Approach to Optical Reflection Tomography along the Geometrical Thickness

We propose and demonstrate a novel optical reflection tomography along the geometrical thickness. This technique is based on simultaneous measurement of refractive index n and thickness t of a sample using the combination of a low coherence interferometer and confocal optics. The interferometer provides optical coherence tomography (OCT) of the dimension of the optical thickness (=n × t) along the optical axis, while the confocal optics gives us another type of reflection tomography, having the thickness dimension of nearly t/n along the optical axis. This sort of tomography can be called confocal reflection tomography (CRT) and has not yet been demonstrated, to our knowledge. Simple image processing of OCT and CRT results in the desired reflection tomographic image, showing two-dimensional refractive index distribution along the geometrical thickness.     

用光纤迈克耳孙干涉仪测量折射率

对测量群折射率的白光干涉和光纤迈克耳孙(Michelson)干涉仪技术进行了改进.采用样吕夹片和样品与探测纤端面接触的方法,可以使群折射率的测量过程简单化.根据反射峰宽度的变化,可以调整样品反射界面与光纤的准直性,提高测量精度.     

Determination of the refractive index profile of polymer optical fiber preform by the transverse ray tracing method

In graded-index polymer optical fiber (GI-POF), the refractive index profile is an important parameter in defining its bandwidth. However, direct determination of the refractive index profile of GI-POF is difficult due to its extreme thinness. In this study, the refractive index distribution of the GI-POF is indirectly determined by measuring the refractive index distribution of the GI-POF perform by applying the transverse ray tracing method to a simplified measurement system that we developed.In this system, a parallel tabular ray is irradiated transversely to a GI-POF preform. The transverse ray from the preform is then projected on a screen, and its digital image is processed to calculate the refractive index distribution. The calculation is based on a transverse ray simulation, a computer program that we developed in which the refractive index distribution of the preform is determined by comparing the displacement of the transverse ray projected on the screen with the actual measurement.The accuracy of this new measurement method is validated by comparing the refractive index distribution of a GI-POF preform with the refractive index distribution measured by the conventional method using an interferometer. We find that the refractive index distribution measured by this novel method agrees well with that measured by the conventional method.     

Optical Measurement Techniques for Optical Fiber and Waveguide Devices

We describe three major optical characterization methods for fiber and fiber devices. A simple servo controlled scanning fiber-optic confocal microscope is proposed for determining the refractive index profile of an optical fiber. To measure the chromatic dispersion of a short length fiber a Mach-Zehnder fiber interferometer with a novel interferometric distance meter is introduced. At the end, a tomographic method is demonstrated for determining the 2-D stress profile of a fiber.     

Continuous-wave measurement of the fiber nonlinear refractive index

We propose a technique for measuring the nonlinear refractive index of fiber based on transmission-coefficient measurements in a fiber Sagnac interferometer. In contrast with traditional methods, the proposed method uses a single optical source operating in cw mode and direct intensity measurement, enabling one to avoid the errors caused by fiber dispersion and uncertainty of spectral peak difference measurements that occur with pulse-based methods. The nonlinear refractive index in 20-mol. % GeO(2) fiber was measured to be (3.1 +/- 0.2) x 10(-16) cm(2) W(-1) at 1064 nm.