利用偏振控制器连续调节光纤环镜的反射率

研究了一种新型光纤环镜(FLM)的原理与特性，这种FLM由在普通光纤环镜中插入光纤型偏振控制器(PC)构成.通过等效光路分析建立了该FLM的理论模型，并对其反射特性进行了数值模拟.研究表明，通过改变PC的状态，即改变其双折射效应的快轴取向或强度，可连续调节FLM的反射率，反射率谱具有宽带特性，主要受光纤耦合器工作带宽的影响.此外，对FLM的反射特性还进行了实验研究.实验结果也证实，通过调节PC状态，FLM反射率可在其最大和最小值之间连续调节，实验测得FLM最大和最小反射率分别可达93%和2%.根据PC双折 关键词： 光纤环镜 偏振控制器 光纤耦合器 反射率     

并联结构微光纤双结谐振器中的慢光效应

为了研究基于微光纤的谐振器中的慢光效应,设计并制作了并联结构的微光纤双结谐振器.基于环形谐振器和方向耦合器理论,提出并联结构微光纤双结谐振器的理论模型,分析了该谐振器中光场传输和耦合的方向,推导了该谐振器中输出光场与输入光场之间的数学解析式和群延时表达式.通过数值模拟,给出了有关该谐振器的透射光谱和群延时,分析了群延时与透射光谱中谐振波长的对应关系.数值结果表明在该谐振器中,大的群延时能够在具有大消光比的谐振波长处产生.实验制作了一个并联结构的微光纤双结谐振器,测得的透射光谱与理论模拟相一致,验证了该谐振器理论分析的正确性.利用示波器上脉冲延时的方法,搭建了慢光延时测量系统,测得该谐振器中大约75 ps的群延时,远大于现有文献中的值.该谐振器可用于微纳光学的数据延时线、光学开关和光学存储等.     

熔锥型微纳光纤耦合器的理论与实验研究

针对熔融拉锥系统制得的熔锥型微纳光纤耦合器,选择适当的连续函数描述其光场分布,采用归一化的三角分布和矩形分布的加权叠加,以及高斯分布和三角分布的加权叠加实现了模场沿耦合器区域的连续变化;利用局部模式耦合理论推导出腰区及腰区附近锥形区的耦合系数计算公式,并得到微纳光纤耦合器输出光功率随拉伸长度的变化曲线.计算结果表明,随着拉伸长度的增加,光能量在两臂中来回交替耦合的程度变小并且呈现包络样,直至腰区耦合功能消失.通过实时监测拉制微纳光纤耦合器的输出光功率,得到火焰扫描宽度以及氢气流量对双纤失去耦合效应拉伸长度的影响:火焰扫描宽度(均匀腰区)越宽,拉伸长度临界值越大;氢气流量(熔融度)越大,拉伸长度临界值越小.实验结果显示,当光纤耦合器腰区直径达到1.6μm时,耦合功能消失,两输出端口光功率相同且恒定,微纳光纤耦合器具备稳定的光学传输特性.     

光频率调制法测量动态光栅瞬态反射谱特性

动态光栅的瞬态特性影响了单纵模掺铒光纤激光器的稳定性. 提出一种利用铒离子瞬态效应,通过对写入光施加快速频率调制测量动态光栅瞬态反射谱的新方法. 测量了线性结构动态光栅的瞬态反射谱,研究了注入光功率与端面反射率 对动态光栅响应特性的影响.结果表明, 3 m长的掺铒光纤形成的动态光栅半带宽为30 MHz, 与稳态理论值符合较好.光栅瞬态反射率相对变化随注入光功率增加和端面反射率增加而减小, 在小注入功率或低端面反射率时,最大的反射率相对变化值约为4%. 光栅建立时间随注入光功率增加而减小,当注入光功率大于4倍饱和功率时,建立时间小于1 ms. 使用双波混频过程可解释这一实验规律.     

微纳尺度光纤布拉格光栅折射率传感的理论研究

亚波长直径微纳光纤强倏逝场传输的光学特性,使其对周围介质折射率的变化具有极高的灵敏度.本文提出一种基于微纳尺度光纤布拉格光栅(MNFBG)的折射率传感器,结合微纳光纤倏逝场传输和光纤布拉格光栅(FBG)强波长选择的特性来实现高精度折射率传感,对其制备可行性进行了讨论.论文中对MNFBG折射率传感机理进行了深入的理论分析,并使用OptiGrating软件进行了数值模拟,模拟数据显示MNFBG折射率测量的灵敏度随着光纤半径的减小而增加,其中光纤半径为400 nm的MNFBG灵敏度可达到993 nm/RIU,相比于包层蚀刻的FBG灵敏度增加了170倍,说明MNFBG对发展微型化、高灵敏度折射率传感器具有良好的应用前景. 关键词： 微纳光纤 光纤布拉格光栅 折射率传感     

一种非对称结构光纤梳状滤波器的分析

提出了一种由光纤光栅与光纤方向耦合器组成的光学梳状滤波器的理论模型,详细地分析了该滤波器的输出特性,由传输矩阵法推导出了当光纤光栅为均匀Bragg光栅时,该模型输出光谱与有关参量之间关系的数学表达式,对决定滤波器输出光谱特性及其规律的相关参量进行了详细讨论,其结果可以为今后该器件的制作及关键技术的解决提供参考.     

光纤布拉格光栅型全光纤声光调制器的特性研究

将光纤光栅的傅里叶模式耦合理论应用于光纤布拉格光栅型全光纤声光调制器的理论分析中. 与现有的分析方法相比, 该模型算法简单、 求解容易, 能够快速有效地获得调制器的传输特性. 基于该模型, 理论分析了超声波频率及声致应变幅度对调制器特性的影响. 仿真结果表明, 该调制器反射谱的主反射峰与次反射峰的波长间隔与超声波频率成正比, 反射峰的反射率随着声致应变幅度的改变而发生周期性的变化. 另外, 在同一声致应变幅度下, 低频超声波调制的光栅反射中存在更多的次反射, 光栅反射能量的周期性变化更加明显. 实验中, 使用频率为885.5 kHz的超声波对光纤布拉格光栅进行调制. 实验结果与仿真结果相一致.     

基于PDMS的光纤端面微纳结构转移法

微纳光纤传感器将微纳加工与光纤传感技术有机结合，具有重大的科研意义和产业化潜力。现有加工方法无法达到任意复杂三维结构可制备化，从而限制了微纳光纤传感器的发展。介绍了一种新型微纳加工方法，该方法在聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜上实现微纳结构的制备，之后将薄膜连同微纳结构一同转移到光纤端面，在光纤端面实现人为定义三维立体微纳结构。通过在扫描电镜下对制备的样品进行检测，确认PDMS薄膜及其上三维结构可被无损转移至光纤端面。该方法具有易制备、低成本且可加工三维微纳结构的特点。     

基于光纤叠栅的全光纤声光可调谐滤波器的特性分析

本文提出了一种基于光纤叠栅的全光纤声光可调谐滤波器, 与普通光纤布拉格光栅型全光纤声光可调谐滤波器相比, 该滤波器能够对光纤叠栅的两个中心波长进行同步调制. 理论分析了声波频率和声致应变幅度对基于光纤叠栅的全光纤声光可调谐滤波器的传输光谱的影响, 结果表明, 各阶次反射峰分别以两个主反射峰为中心呈对称关系, 且主反射峰与其所调制出的次反射峰之间的波长间隔与声波频率成正比, 而两个主反射峰所调制出的同阶次反射峰之间的波长间隔与声波频率无关; 声致应变幅度主要影响主反射峰及次反射峰的反射率的变化. 实验中, 分别测试声波频率为390 kHz和710 kHz的基于光纤叠栅的全光纤声光可调谐滤波器的传输光谱, 实验结果的变化趋势与仿真分析结果相一致.     

保偏光纤2×2定向耦合器

介绍一种已研制成的低损耗、宽带、结构紧凑的保偏光纤定向耦合器(PPFDC),它可用于今后的相干纤维光学传输系统或陀螺仪上。这种耦合器由两块直径为200μm蓝宝石球透镜、一块3dB分光器和四根锥形氧化铝陶瓷套管组成,套管上的基准扁平面用于使光纤在接点保持偏振。由于直管内光纤只有很短一段经过抛光,故光纤的固有热应力变化最小。光轴和机械轴成一定角度,因而光纤端面或透镜表面不会出现串扰光。耦合器的光学方向性大于50dB,在1.3μm波长区的反射损耗大于40dB。在1.2到1.4μm内的过量损耗小于1dB。消光比大于25dB。耦合器耦合区的长度包括两块球透镜和分光器在内约1mm,光纤端面分布反馈激光二极管的谱线宽度用耦合器由延迟自零检测系统测量。采用调相耦合器的新型保偏光纤陀螺仪的实验结果表明,灵敏度和稳定度均是适用的。这些实验结果证实耦合器的上述各种特性均是正确的。     

全反射对混合型光纤电流传感器检测灵敏度的影响

在利用法拉第(Faraday)效应的混合型光纤传感器中,通常用全反射改变光的传递方向,以增加有效光程,并使结构紧凑。反射将改变光的偏振状态,从而影响传感的灵敏度。本文用琼斯(Jones)矩阵方法推导了有反射时传感头的传光特性,分析了反射对检测灵敏度的影响,获得了与实验一致的结果。     

扫描近场光学显微镜光纤锥中导波反射特性

利用局部模耦合模型理论上分析了扫描近场光学显微镜光纤的光场性质,给出光纤维中存在的正,反向传播的基模场微分方程,以及基模反向耦合系数的数值计算结果,其最高反射系数达１％左右。这种反射光可起着光纤维激光器谐振腔输出端镜的作用。     

倏逝波抽运的回音壁模式激光增益计算

倏逝波抽运条件下的回音壁模式光纤激光器增益计算,涉及抽运光束在光纤内的角度分布函数及其数值计算。基于射线光学理论,推导出了高斯分布光束及均匀分布光束经透镜耦合后在光纤内表面的角度分布函数;采用复合辛普生数值积分公式对分布函数进行了数值计算,并用分布函数计算的结果研究了抽运光沿光纤轴向以受抑全反射方式传播时产生的回音壁模式激光的增益特性。所得结果对这类光纤激光器的研究具有理论和实验参考价值。     

基于布里渊散射的结构应力光纤测试技术研究

本文通过分析一定功率的脉冲光射入光纤中的布里渊散射规律,介绍了分布式光纤测量测量轴向应力的基本原理。制作实验装置,测量单独的应变模型,分析散射回来的波形图,初步了解应力在光纤布里渊散射波谱上的图像特征。将应力作用于光纤的不同位置,对比它们与无应力作用诗所得到的散射波形之间的图像差异,研究其对光脉冲在光纤传输过程中的影响规律。结果表明,应力的作用大小,作用位置的不同都会对脉冲光的传播造成影响,主要在于影响布里渊散射的斯托克斯光和反斯托克斯光。本次研究所得可以为分布式光纤测量提供参考,为分布式光纤在测量微型形变的应用中有一定的促进作用。本次研究的创新点在于使用滑轮的方法,解决同等应力在分布光纤的不同位置作用效果。     

大模场双包层光纤光栅的光谱特性

在分析大模场双包层光纤的模式特性和测试光路中光功率分配的基础上,根据耦合波理论和传输矩阵法,对不同情况下大模场双包层光纤光栅的透射谱和反射谱进行数值分析,结果表明光谱形状取决于模式间的功率分配,通过基模的透射谱可以测量双包层光纤光栅的真实反射率。采用相位掩模法制作了基模反射率不低于99.7%的20/400μm大模场双包层光纤光栅,测试了不同情况下的反射谱和透射谱,实验结果和理论分析的结论一致。     

铋基掺铒光纤放大器中放大自发辐射处理研究

分别设计了一个带光隔离器和一个带光环形器的复合型宽带铋基掺铒光纤放大器(Bi-EDFA),理论上研究了Bi-EDFA中对于后向传输放大自发辐射(ASE)的处理对放大器性能的影响。研究表明,在C+L波段多波长信号同时输入情形下,通过在铋基掺铒光纤中插入一个光隔离器抑制后向传输的ASE,可以提高放大器各波长信号增益,降低噪声系数。利用一个光环形器引导后向传输的ASE去泵浦一段未抽运的低掺杂铋基掺铒光纤,可以显著地提高放大器长波段信号增益,而噪声系数只是略有增加,理论研究与报道的实验结果达到了比较好的一致。研究结果对于新型宽带Bi-EDFA的设计和应用具有一定实际指导意义。     

双通道三端口反射式光环行器 结构与特性分析

为了降低广泛应用于光通信系统的光环行器的制造成本和占空比，增强系统中各器件的功能复用，提出一种功能复用反射式光环行器设计方案，利用透镜和反射镜组成光的空间交叉功能来实现功能复用以及光束方向传输引导，从而达到反射式光环行器输入 输出多尾纤之间的对应耦合。利用琼斯矩阵，从理论上对其主要性能进行了分析。分析结果表明，设计的光环行器在功能复用基础上具有低插入损耗、高隔离等特性，达到了光环行器的性能指标，在低插入损耗、高隔离的基础上具有功能复用效用。     

利用空间分辨漫反射无损测量生物组织的光学参量

利用空间分辨漫反射光确定生物组织的光学参量进行了实验研究，分别用光纤探测器和CCD无损测量了半无限大生物组织(牛脂肪和牛肉)表面的漫反射光的径向分布．由漫射方程对漫反射光强的相对分布值作非线性拟合确定了生物组织的吸收系数和约化散射系数，所得结果与国外报道的绝对测量法测量的结果相比，其差别小于9．4％．研究结果表明，光纤测量和CCD测量有较好的一致性，而CCD探测具有测量准确、简单和快捷的特点。     

折射率调制型光纤传感器在溶液浓度测量中的应用

本文详细报道了用折射率调制型光纤传感器测量溶液浓度的原理及实验装置。为了消除光源光强的不稳定性对测量精度提高的影响,我们提出用光学双稳态装置稳定光源的输出功率并将它用于实际测量中,实验结果表明:本方法用于测量溶液的浓度在灵敏度、精度和稳定度方面都有较大的提高,并且可用于在线监测。     

光纤共焦扫描显微术用于光盘盘基预刻槽结构的检测

基于共焦扫描差分术,提出了检测不同表面反射率的物体表面表貌的方法,并提出了在光纤共焦扫描成像术中利用边缘判据进行边缘定位的极限尺度。上述思想用于检测光盘盘基预刻槽形结构,在建立的一套光纤共焦扫描成像装置上进行了光盘盘基预刻槽结构的检测,获得了槽宽、槽间距及槽深等实验数据,与槽标准参数相符。