光纤Mach-Zehnder干涉仪系统

介绍了光纤Mach-Zehnder(MZ)干涉仪系统的结构.给出了光纤Mach-Zehnder干涉仪系统中信号光与参考光的干涉原理以及影响干涉光强的因素.同时也分析了光纤耦合器的交叉耦合,另外也给出了PZT的作用.阐述了光纤偏振控制器的结构、工作原理及其对光纤Mach-Zehnder干涉仪系统传感臂偏振态的控制,最后给出了光纤Mach-Zehnder干涉仪系统的应用.     

飞秒激光刻蚀V型光纤微腔及其干涉谱特性

实验发现飞秒激光单步刻蚀的光纤微腔两个反射壁与纤芯轴向并不完全垂直,微腔形状与飞秒激光经显微物镜聚焦后的焦点相对于光纤的位置有关.当激光经显微物镜聚焦于光纤侧表面时,刻蚀的微腔形状近似V型.与常规的光纤法布里-珀罗(F-P)腔相比,V型光纤微腔干涉谱出现了自由光谱范围、微腔光损耗以及干涉条纹对比度与波长有关等反常现象....     

基于椭球封闭空气腔的光纤复合法布里-珀罗结构折射率传感特性研究

提出了基于微椭球型空气腔的在线型光纤复合法布里-珀罗干涉结构,并对其折射率传感特性进行了研究.椭球型空气微腔是利用光纤熔接机对实芯光子晶体光纤和单模光纤以特定的熔接参数熔接形成.用高斯光束模型和ABCD法则分析了椭球型空气腔的腔内损耗,建立了电磁场在复合法布里-珀罗干涉结构中传播的物理模型.根据腔长比值的不同,环境折射率对干涉条纹的影响有对比度调制和波长调制,主要研究了一种波长调制型复合法布里-珀罗结构折射率传感器.仿真结果表明该折射率传感器在1—1.6范围内不出现折射率转折点;实验结果表明在1.333—1.466范围内,折射率灵敏度～37.088 nm·RIU-1,分辨率约为2.69×10-5.该光纤复合法布里-珀罗结构干涉条纹对比度高、体积小、成本低,用于折射率测量可靠性高、分辨率高、无折射率拐点、温度串扰小.     

光纤激光器自混合干涉效应研究

针对光纤激光器自混合干涉传感应用,研究了光纤激光器自混合干涉特性,运用四镜法布里-珀罗腔模型对掺铒线形腔光纤激光器自混合干涉效应进行了理论分析,对不同反馈水平下的自混合干涉信号进行了数值模拟,获得了光反馈条件下光纤激光器输出特性.外腔长度的改变会调制激光器的输出强度,外腔长度变化半个波长,对应一个干涉条纹,弱反馈条件下,由反馈引起的激光器的频率变化可以忽略.设计了基于光纤激光器的自混合干涉实验,实验结果和理论分析相符合.此研究结果为进一步开展光纤激光器的自混合干涉传感应用研究奠定了理论与实验基础.     

基于光纤微腔的温度及折射率同时测量型传感器

基于多光束干涉原理,设计了一种基于光纤微腔的温度及折射率同时测量的反射型光纤传感器.该传感器将渐变折射率多模光纤的一端用氢氟酸腐蚀形成一个空气腔,带空气腔的渐变折射率多模光纤一端和单模光纤熔接,另一端切平构成传感头.实验选取渐变折射率多模光纤的长度为538.1μm,空气腔长度为40.8μm.结果表明:光纤微腔结构所形成的多光束干涉光谱条纹对比度与光纤微腔外的溶液折射率相关,干涉波峰移动与环境温度相关,通过监测条纹对比度和干涉波峰的移动,可以实现对折射率和温度的同时测量.当折射率在1.341 5~1.432 0RIU变化时,反射强度对折射率的灵敏度为57.24dB/RIU;当温度在30℃~70℃之间变化时,谐振波长对温度的灵敏度为12.3pm/℃,可检测到的最小温度变化为1.2℃,测得最小折射率变化为3.4×10-4.该传感器也可应用于其他参量的测量,具有良好的应用前景.     

相位调制全光纤Mach-Zehnder干涉仪传感实验

使用单模石英光纤设计了相位调制全光纤M-Z干涉仪传感实验系统,采用CCD技术显示干涉条纹的空间分布及其移动情况,同时利用光电检测及可逆计数技术实现移动条纹的自动计数.利用该系统进行了光纤温度传感、光纤应变传感原理性实验测试.     

双法布里—珀罗干涉仪传感模型的理论分析

本文提出了一种用发光二极管作为光源、用自聚焦透镜构成法布里-珀罗腔的双法布里-珀罗干涉仪光纤位移传感模型.根据部分相干光的干涉理论,得到了这个传感模型输出光强与两个法布里一珀罗干涉仪腔长之差的函数曲线.     

多模光纤Fabry-Perot干涉仪的分析

本文分析了多模梯度光纤Fabry-Perot干涉仪的干涉光场分布,讨论了弯曲损耗、光源单色性以及耦合系数等因素对干涉条纹清晰度的影响.     

光纤光栅马赫-曾德干涉仪条纹信号的傅里叶分析

基于长周期光纤光栅马赫-曾德干涉仪的频分复用技术是实现光纤多参量传感的重要途径.研究了频分复用中复合条纹信号的傅里叶处理方法,分析了傅里叶频谱中和频与差频信号的幅值与单个干涉条纹信号的关系,提出了抑制和频与差频信号的有效方法,即改变光栅结构参量适当降低中心波长处的条纹对比度以提高频谱信号的信噪比,增加特征频谱滤波的有效性.结果表明:经过优化调整的傅里叶频谱信噪比可以提高至原来的2倍以上;对比频谱调整后恢复相位的余弦曲线与原条纹信号发现,频谱信噪比提高的同时保留了反映各单个原条纹特征的足够相位信息.该光谱优化方法可为基于光纤光栅马赫-曾德干涉仪和频分复用的光纤多参量传感技术提供理论与技术指导.     

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。     

基于错位和花生形结构的全光纤马赫-曾德干涉仪的研究

研究了一种基于错位和花生形结构的全光纤马赫-曾德干涉仪,进行了液位和曲率的测量实验,利用错位结构将纤芯模式激发到包层,包层模式经过花生形结构被耦合到纤芯与原有的纤芯模式发生干涉。包层模式对外界物理量如折射率、应力的变化敏感,导致透射光谱漂移。波谷波长的漂移量与液位和曲率的变化成线性关系,利用波谷的漂移实现液位和曲率的测量。在液位实验中,在水位变化范围为1.00～5.00 cm时,波谷向短波方向漂移,灵敏度最高为-0.68 nm·cm-1,线性拟合度为0.995 4。在曲率实验中,曲率的变化范围为0.3～1.2 m-1时,波谷向长波方向漂移,灵敏度最高为22.47 nm·m,线性拟合度为0.986 4,表现出较高的灵敏度。错位结构和花生形结构被用于组成马赫-曾德干涉仪,用普通的光纤熔接机和普通单模光纤即可熔接,结构和制作方法简单,灵敏度高,尤其在曲率的测量中表现出较高的灵敏度。     

一种具有高二阶非线性椭圆芯中空光纤

提出并制造一种新颖的椭圆芯中空光纤,采用热极化方法使其具有高二阶非线性,可用作相位调制器。该光纤在300℃温度、大于1×108 V/m强电场和9cm有效电极长度条件下热极化30min后,产生大的线性电光相移。基于双椭圆芯中空光纤构建一种纤内马赫-曾德尔干涉仪,通过观察干涉条纹的移动来评估相移,最终得到1.16pm/V的高二阶非线性系数和0.52pm/V的线性电光系数。该技术具有简单、灵活的特点,可以用来制作高电光系数器件,降低制作成本,并能进一步提高全光纤器件的集成度。     

用三干涉臂马赫-曾德尔干涉仪制成的光纤密集型波分复用器

提出一种新型的光纤干涉仪 ,它是采用二个 3× 3单模光纤耦合器组成三光纤系统的马赫 -曾德尔 (Mach- Zehnder)干涉仪 ,当干涉仪的三条光纤干涉臂两两之间分别存在长度差Δ L和2Δ L时 ,干涉仪形成了一个波分复用间隔相等的三波分复用器 ,波分复用的波长间隔仅仅取决于ΔL的大小。实验样品的使用波段为 1.55μm,波长复用间隔为 1.6 nm,附加损耗为 0 .6 d B。     

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.     

Mach-Zehnder interferometer switch with a high extinction ratio over a wide wavelength range

We have realized a novel Mach-Zehnder interferometer (MZI) thermo-optic switch that can operate over a much wider wavelength range than a conventional MZI switch. We constructed the novel MZI switch by incorporating a phase-generating coupler (PGC) as an optical coupler. The PGC generates a nonlinear wavelength-dependent phase, which functions as a virtual wavelength-dependent delay part that cancels out the wavelength dependence of a MZI. We fabricated the novel MZI switch on a silica-based planar light-wave circuit and achieved a low insertion loss of less than 1.6 dB and a high extinction ratio of 30 dB over a wide wavelength range of 160 nm.     

全光纤密集型波分复用器

分析了全光纤Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ结构的功率谱特性，并利用自行设计的耦合器拉锥设备，研制成功最小波长复用间隔为０．４５ｎｍ的密集型波分复用器。该类器件具有附加损耗低，偏振不灵敏和较好的温度及机械稳定性等特点。     

基于光纤锥和纤芯失配的Mach-Zehnder干涉湿度传感器

介绍了一种简单且灵敏度较高的Mach-Zehnder干涉湿度传感器.将单模光纤和多模光纤渐变熔接光纤锥,色散补偿光纤被熔接在两个多模渐变光纤之间,形成了单模光纤-光纤锥-多模渐变光纤-色散补偿光纤-多模渐变光纤-光纤锥-单模光纤结构的传感器.光纤锥起到了增加包层模能量的作用,两个多模渐变光纤节点作为光耦合器,从而形成光纤Mach-Zehnder干涉仪.外界环境湿度的变化,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实现对湿度的测量.实验结果表明干涉谱波峰峰值能量与环境湿度之间存在良好的线性关系.当环境湿度在35%RH—85%RH范围内变化,一段由20 mm色散补偿光纤组成的传感器,其灵敏度为-0.0668 dB/%RH,相关度为0.995.该传感器结构紧凑、尺寸小、制造工艺简单,这使其可以被广泛用于湿度测量.     

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/℃。     

纤芯失配熔接的高灵敏度光纤折射率传感器

提出并实验验证了一种基于马赫泽德干涉仪(MZI)的高灵敏度光纤折射率(RI)传感器。传感头由一段单模光纤(SMF)夹熔在两段较短的细芯光纤(TCF)中组成TCF SMF-TCF结构,其总长度为9 mm。由于光纤纤芯失配导致的纤芯模和包层模发生干涉,干涉谱对传感头外部折射率的响应极其敏感。使用该传感器检测具有不同折射率的甘油水溶液,实验结果显示:传感器干涉谱的共振波长随环境折射率的增大向长波方向漂移,其折射率灵敏度在1.33 RIU～1.38 RIU范围内约为159 nm/RIU。该传感器具有结构简单、易于制造、成本较低、灵敏度高、抗电磁干扰能力强等优点,在生物化学与环境监测等领域具有较大的应用潜力。