椭圆型保偏光纤耦合器的研制

保偏光纤耦合器是干涉仪和光纤陀螺仪的关键器件。介绍了用匹配型椭圆包层保偏光纤制作保偏光纤耦合器的工艺流程、测试结果以及分光比随温度的变化情况。试验结果表明,保偏光纤耦合器的综合性能指标,尤其是附加损耗和温度性能达到了国内领先水平。     

宽带保偏光纤耦合器的研究

保偏光纤耦合器在军事领域和民用市场应用广泛,但是常规保偏光纤耦合器的带宽较窄,不可能完全满足多种光源的使用要求。为了达到更多用户的使用要求,需要研制一种宽带保偏光纤耦合器。根据熔融拉锥型宽带光纤耦合器的原理和光纤电磁理论,对熔融拉锥的工艺进行了改进,结合多年的保偏光纤耦合器的制造经验,并根据试验事实,实现了常规熔融拉锥型宽带保偏光纤耦合器的制作,对产品进行了测试,带宽参数能够满足多种光源的使用要求,完成了预期研究目标。     

铝槽封装光纤光栅传感器的增敏特性研究

提出了一种光纤布喇格光栅的铝槽封装工艺,并对铝槽封装光纤光栅传感器的应变与温度传感特性进行了实验研究和理论分析.与裸光纤光栅的测试结果比较表明,铝槽封装工艺基本不改变光纤光栅应变传感的灵敏性,但是温度灵敏度系数提高了3.5倍.经过该工艺封装的光纤光栅可以探测识别0.2 με的应变与0.02℃的温度变化.     

基于长周期光纤光栅嵌入型Sagnac环光谱的折射率测量

将长周期光纤光栅(LPG)和光纤Sagnac环相结合,实现了折射率和温度的同时测量.首先利用二氧化碳激光器在保偏光纤上制作了长周期光纤光栅(PM-LPG),然后把该PM-LPG和普通单模光纤耦合器组成Sagnac环,作为传感单元.实验选择其某一透射峰作为测试对象,其波长随温度变化,强度随折射率变化,因此可实现两个参量的...     

谐振式光纤陀螺保偏光纤谐振腔90°对接误差控制研究

保偏光纤谐振腔交叉偏振耦合引起的偏振波动是谐振式光纤陀螺的主要噪声源之一,保偏光纤偏振主轴旋转90°对接是克服偏振波动的有效方法,其对接角度误差大小对陀螺噪声抑制效果有重要影响。为此利用迈克耳孙(Michelson)白光光纤干涉仪偏振耦合测试方法,从理论上对双耦合器保偏光纤谐振腔的90°对接误差进行了分析,得到迈克耳孙光纤干涉仪输出的干涉交流项公式和干涉波形,进而计算得到双耦合器保偏光纤谐振腔的90°对接误差角度。对双耦合器的保偏光纤谐振腔90°对接角度误差控制进行了实验研究,实现了0.37°的角度对接误差。     

一种基于3×3光纤耦合器的短距离光纤频率传递的噪声抑制方法

提出了一种噪声抑制方法，设计了基于3×3光纤耦合器迈克尔逊干涉仪的频率传递系统，使用嵌入式系统进行控制，通过调整光纤长度，实时补偿由温度变化等环境因素引起的时延变化，并进行了实验验证。启用时延补偿后，实验用的30 m长传输光纤在环境温度变化21℃条件下长度变化量小于±1μm，对应时间延迟变化量小于10 fs，所传输的光梳重频信号的频率稳定度没有明显变化。本文工作有望为空间条件下的光钟信号向比对设备的传输路径噪声抑制提供有效的解决方法。     

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。     

高性能保偏光纤的关键应用特性研究

开发出一种高性能保偏光纤的制造工艺,并制备出包层直径为80μm的细径高性能保偏光纤。试验表明：该光纤具有优良的全温（-50℃～85℃）偏振串音性能,光纤全温串音变化典型值在3．23dB,具有良好抗弯曲性能和良好的端面研磨性。     

基于光纤环形滤波器的双波长掺铒光纤激光器

提出并设计了一种基于光纤环形滤波器的环形腔掺Er3+光纤激光器,实现了稳定的单波长和双波长激光输出.采用保偏光纤布喇格光栅作为选频器件;两支分光比为20∶80的1×2耦合器结合2m保偏光纤构成环形滤波器,抑制模式跳变,提高激光输出稳定性,通过调节滤波器内偏振控制器实现波长选择性输出;采用长度为1m的饱和吸收体起到稳频作用.实验结果表明:该激光器工作阈值为71mW,在熔接滤波器后,光谱特性得到改善;调节偏振控制器可实现单波长激光可切换输出或双波长激光同时输出,双波长间隔0.88nm,1 535.5nm和1 534.7nm单波长切换输出时最大功率分别为0.078dBm和-2.585dBm,激光3dB线宽为0.16nm和0.15nm;在室温20min内,输出激光波长漂移小于0.06nm,功率变化小于1.3dB.     

熔锥型保偏光纤耦合器分光比的偏振依赖研究

实验研究了熔锥型保偏光纤耦合器分光比随入射单色线偏振光偏振方向的旋转所呈现的周期性,验证了保偏光纤耦合器分光比的偏振依赖特性.借鉴已成熟的单模光纤耦合器的倏逝场耦合模理论,对这一偏振依赖分光比的周期性规律提出了一种理论解释.在实验结果的规律性基础上,经验拟合出了分光比与单色线偏振光输入偏振角的函数关系.     

Fiber devices using polarization- maintaining fibers

Fiber devices using polarization-maintaining fibers called PANDA fibers are presented. They are polarization-maintaining couplers and polarization-splitting couplers, optical isolators and optical circulators, and multi/demultiplexers designed for 1.3 μm wavelength. Crosstalk of-32 dB and excess loss of 0.03 dB for the polarization-maintaining coupler, and polarization-splitting ratio of 17 dB and excess loss of 0.5 dB for the polarization-splitting coupler have been fabricated by a fusion-elongation method. A fiber polarizer with the extinction ratio of more than 40 dB has been presented by using the difference of bending loss between the orthogonal modes in the PANDA fibers. Multi/demultiplexer with narrow band-pass of 1.4 nm utilizing combination of PANDA fiber polarization dispersion and the polarization-splitting coupler has been realized. An optical isolator consisting of fiber polarizers and a spherical YIG with a lens function and an optical circulator consisting of polarizing-splitting couplers and spherical YIGs have been achieved.     

Fiber devices using polarization- maintaining fibers

Fiber devices using polarization-maintaining fibers called PANDA fibers are presented. They are polarization-maintaining couplers and polarization-splitting couplers, optical isolators and optical circulators, and multi/demultiplexers designed for 1.3 μm wavelength. Crosstalk of-32 dB and excess loss of 0.03 dB for the polarization-maintaining coupler, and polarization-splitting ratio of 17 dB and excess loss of 0.5 dB for the polarization-splitting coupler have been fabricated by a fusion-elongation method. A fiber polarizer with the extinction ratio of more than 40 dB has been presented by using the difference of bending loss between the orthogonal modes in the PANDA fibers. Multi/demultiplexer with narrow band-pass of 1.4 nm utilizing combination of PANDA fiber polarization dispersion and the polarization-splitting coupler has been realized. An optical isolator consisting of fiber polarizers and a spherical YIG with a lens function and an optical circulator consisting of polarizing-splitting couplers and spherical YIGs have been achieved.     

基于长周期光纤光栅和保偏光纤Sagnac环光谱特性的温度与应变测量研究

提出并研制了一种结构简单、成本低廉的温度与应变同时测量系统,其结构是在保偏光纤Sagnac环内接入一个长周期光纤光栅(LPFG)。利用LPFG对保偏光纤Sagnac环的透射光谱进行调制,通过监测谐振峰波长和强度的变化,发现波长随温度和保偏光纤的应变变化,强度随LPFG的应变变化,因此可以实现温度与应变的区分测量,并且可判断出应变的施加位置。实验得到该系统的温度灵敏度为0.181 81 nm·℃-1,LPFG区的应变灵敏度为0.005 283 dB·με-1,保偏光纤Sagnac环区的应变灵敏度为0.015 72 nm·με-1。实验结果表明该方案可行,并具有一定的实用性。     

Multiwavelength Linear-Cavity Fiber Laser Source Using a Sagnac Interferemetric Filter and a Strain-Induced Chirped Fiber Grating

A novel multiwavelength linear-cavity fiber laser source using a strain-induced chirped fiber Bragg grating, a Sagnac interferemetric filter, and Erbium-Ytterbium codoped fibers is proposed and demonstrated for the first time. The Sagnac interferemetric filter, which acts as a full-reflecting mirror, consists of a polarization-maintaining directional coupler and two pieces of polarization-maintaining fibers. The strain-induced chirped FBG, which acts as a partial-reflecting mirror, is achieved by bending a uniform FBG bonded at a slant onto the lateral surface of a simply supported beam. By tuning the strain-induced chirped FBG, desirable lasing wavelength and number can be easily achieved.     

熔锥型熊猫光纤耦合器的传输特性分析

熔锥型保偏耦合器的传输特性决定了其光学原理与功能的实现。为了从理论上分析各参量对保偏耦合器传输特性的影响,基于热-结构-电磁多物理场耦合理论,建立了熔锥型熊猫光纤耦合器双锥模型,应用有限元法,分析了各参量对熊猫光纤耦合器传输特性的影响。结果表明应力区与包层折射率差影响耦合区纵向电磁场的分布,折射率差越大,纵向电磁场分布的变形也越大;HE1x1模和HEy11模的传播常量对偏振主轴角度差不敏感,偏振主轴角度差是通过耦合系数进而影响保偏光纤耦合器的消光比的;HE1x1模的传播常量对熔锥的熔锥区横截面椭圆率比较敏感,横截面椭圆率变化6.67%时Δβx11变化0.14%,计算结果表明当熔锥区横截面椭圆率为0.56时可获得较高性能的耦合器。     

Switchable triple-wavelength erbium-doped fiber laser using a single fiber Bragg grating in polarization-maintaining fiber

A stable and narrow wavelength spacing multiwavelength erbium-doped fiber laser is proposed and demonstrated. The laser can produce simultaneous dual- and triple-wavelength lasing oscillations with a narrow wavelength spacing of less than 0.1 nm via using a single fiber Bragg gratings written in polarization-maintaining (PM) fiber. By adjusting polarization controller, the wavelength spacing of dual-wavelength lasing oscillations can be tuned to as small as 0.032 nm. The maximum amplitude variation for every lasing wavelength is less than 0.5 dB. The room-temperature operation principle is based on the polarization hole burning and deeply saturated effect in an ordinary erbium-doped fiber ring laser (EDFRL). The laser has the advantages of simple all-fiber configuration, low cost, high stability and operating at room temperature.     

基于PDMS材料的Sagnac干涉光纤挥发性有机物传感器

在一段8cm长的保偏光纤两端分别熔接两段普通的单模光纤,在保偏光纤的侧面均匀地镀上一层聚二甲基硅氧烷材料,聚二甲基硅氧烷材料经该段保偏光纤接入到一个光纤耦合器中,从而形成一个光纤Sagnac干涉仪.聚二甲基硅氧烷材料吸附挥发性有机物分子时,会引起聚二甲基硅氧烷材料体积上的膨胀,导致Sagnac干涉波长的漂移,通过对Sagnac干涉光波长漂移的测量即可实现对挥发性有机物气体的检测.实验测量了传感器对挥发性有机物浓度的响应,结果表明,在0~6 000ppm浓度范围内,传感器的灵敏度为1.03pm/ppm,由光谱仪的最小分辨率为0.02nm可知,该传感器对挥发性有机物的检测下限约为19.4ppm.该传感器相比聚二甲基硅氧烷材料与光纤光栅结合的传感器,灵敏度提高了4 300倍.     

太赫兹聚合物光子晶体光纤关键制备工艺研究

针对太赫兹聚合物光子晶体光纤的应用需求,对聚合物光纤的制备材料、预制棒制备、拉伸工艺等关键制备工艺进行了研究.分析了聚合物材料的特性,并进行实验验证,结果表明ZEONEX材料的吸收系数低于3cm~(-1),吸水性低于0.01%,玻璃化转变温度和分解温度分别高达136℃和420℃,在太赫兹光纤制备中具有优良性能.预制棒制备和光纤拉伸的工艺方面,在注塑法的基础上改进了模具系统,使用可控的微压拉丝技术,在10200Pa范围内可实现±1.5Pa的微压差精确控制,较大程度上提高了光纤预制棒的成品率和光纤的形变控制,有望制备出高空气填充率的聚合物光子晶体光纤.     

间隔可调多波长光纤激光器的实验研究

半导体光放大器(SOA)的非均匀加宽特性对产生多波长激光非常有利。本文对两段式立奥-萨尼亚克(Lyot-Sagnac)滤波器进行了详细的理论分析,实现了一种基于半导体光放大器的新型多波长光纤激光器。它利用立奥-萨尼亚克滤波器的波长选择性,在室温下得到了约18个具有30 dB信噪比的多波长激光输出。波长范围1556~1577 nm。通过调节立奥-萨尼亚克环内的偏振控制器,多波长激光的波长间隔可在两种国际电信联盟(ITU)标准波长间隔(0.4 nm和0.8 nm)间选择。这种构型的光纤激光器具有稳定性好、波长间隔可控、信噪比高等优点。     

可双参量同时测量的光纤磁场传感器

设计并制作了一种马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)与光纤布喇格光栅级联的光纤磁场传感器,其中MZI由相当于分光器的锥结构和相当于耦合器的花生锥结构级联组成,封装在填充了磁流体的毛细管中.由于磁流体的有效折射率会随着外界磁场强度的改变而变化,故可通过观察干涉谱的特征波长的变化来测量外界磁场强度,而光纤布喇格光栅透射峰对磁场强度不敏感.当磁场强度由0mT变化到20mT时,马赫-曾德尔干涉峰的灵敏度为0.11nm/mT.温度特性实验测得马赫-曾德尔干涉峰和光纤布喇格光栅透射峰的温度灵敏度分别为0.401 5nm/℃和0.011 4nm/℃.因此,可利用敏感矩阵实现双参量同时测量.