熊猫型保偏光纤定轴仿真研究

应用光波导理论分析了保偏光纤的POL定轴方法的基本原理.根据熊猫型保偏光纤的折射率分布模型，采用光束传播方法对影响熊猫型保偏光纤POL曲线分布的各种因素进行了仿真研究，包括不同观测平面、不同折射率分布(匹配型或非匹配)、是否加匹配液等因素.通过仿真结果与实验观测结果以及保偏光纤与单模光纤仿真结果比较，表明了理论分析与仿真方法的可行性.     

保偏光纤熔锥区的传输特性分析

建立了保偏光纤熔锥区截面的有限元模型,基于热-结构-电磁多物理场耦合有限元方法,分析了保偏光纤熔锥区的传输特性.给出了热应力导致的保偏光纤应力双折射及折射率变化曲线；分析了随着拉伸长度的增加,传输模式的转换以及传播常量的变化;分析了随着芯径的减小,应力区对电磁场分布的影响.     

横向应力对保偏光纤偏振耦合特性的影响

在考虑到各向同性光纤和各向异性光纤在横向应力作用下介电常量变化量差别的条件下,利用弹光效应和折射率椭球得到了外界横向应力与保偏光纤介电常量变化量的关系.采用耦合模理论分析了横向应力作用下保偏光纤偏振耦合特性,数值模拟了横向应力大小、方向以及作用长度对偏振耦合强度的影响,应力作用方向与主轴(未受外力)成45°时,光纤受扰...     

保偏光纤陀螺轴向磁敏感特性研究

研究了与光纤线圈敏感轴平行的轴向磁场作用下保偏光纤陀螺的漂移特性,建立了保偏光纤陀螺产生的非互易相位差与入射光偏振态关系的数学模型,并对该模型进行了实验验证.结果表明:轴向磁场对保偏光纤陀螺产生的非互易相位差源于光纤线圈内光纤的弯曲,且与线圈中光纤扭转分布具有密切关系,即当线圈绕制完毕,光纤扭转分布固定时,对应的保偏光纤陀螺轴向磁场灵敏度不变;保偏光纤陀螺轴向磁场灵敏度与射入光纤线圈内光的偏振态密切相关,通过改变入射偏振光的入射角,可在0~5°/h/mT范围内改变典型保偏光纤陀螺的轴向磁场灵敏度.     

外力作用下熊猫型保偏光纤应力双折射分析

根据光弹性理论，列出熊猫型保偏光纤内的应力方程。由于保偏光纤具有轴对称性，故可以在分析过程中略去应力的轴向分量。利用傅里叶级数展开法分析了仅存在固有热应力时熊猫型保偏光纤内的应力分布，并进一步分析了外力作用下熊猫型保偏光纤的应力分布及应力双折射随应力分布所发生的变化。利用MATLAB进行了数值模拟，给出应力双折射量B随外力的变化曲线，并讨论了随应力区参数的增大，双折射量B先减小后增大的性质。     

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。     

熊猫型保偏光纤中应力区失配对光纤性能影响的研究

采用弹性力学理论和复变函数法导出了熊猫型保偏光纤应力双折射的近似解析表达式.利用有限元法数值分析了熊猫型保偏光纤的双折射特性,结果表明,与采用纤芯中心应力相比,采用芯区平均应力表示光纤的双折射较为精确,且结果与解析法导出的芯区中心应力双折射计算结果相比误差小于0.18%.在此基础上进一步分析了应力区失配对熊猫型保偏光纤的双折射所产生的影响,并通过实验测试证明了分析结果的正确性. 关键词： 偏振保持光纤 应力区失配 双折射 拍长     

横向应力对保偏光纤偏振耦合特性的影响

在考虑到各向同性光纤和各向异性光纤在横向应力作用下介电常量变化量差别的条件下,利用弹光效应和折射率椭球得到了外界横向应力与保偏光纤介电常量变化量的关系.采用耦合模理论分析了横向应力作用下保偏光纤偏振耦合特性,数值模拟了横向应力大小、方向以及作用长度对偏振耦合强度的影响,应力作用方向与主轴（未受外力）成45°时,光纤受扰最敏感|输出消光比随力作用长度呈现周期性变化,力的作用大小不同,交换能量周期也不同|在应力大小部分区域输出消光比和横向应力大小成线性关系,结论与已有实验结果一致.     

多叶应力区扭转光纤的耦合模理论

从线性极化模的耦合模理论出发,分析了双叶应力区扭转光纤,即扭转保偏光纤,和四叶应力区扭转光纤.推导应力引起的在光纤芯区各向异性的介质张量表达式;利用该表达式得到线性极化模在有转角时的多叶应力区光纤中传输的耦合模方程;从而推得多叶应力区扭转光纤中的超本地模,由超本地模的相位常数来确定该光纤的双折射.在双叶、四叶应力区理想对称的条件下,前者可以得到较高的椭圆双折射,而后者则无任何双折射.同样的结论可推广到8叶或16叶的扭转光纤,都无任何双折射.     

保偏微纳光纤倏逝场传感器

近年来,保偏微纳光纤以其高双折射特性和强倏逝场效应引起了研究者的关注.本文从保偏微纳光纤的结构类型、制备方法和模式双折射特性等出发,介绍了目前不同类型保偏微纳光纤倏逝场传感器的构造特征与实现方法,利用保偏微纳光纤在两个垂直偏振方向的倏逝场对外界的不同响应,可制成偏振相关的干涉型或光栅型等传感器件.本文探究了包括超高折射率灵敏度特性和温度不敏感特性等的内在产生机理,并考察了保偏微纳光纤倏逝场传感器在折射率、湿度、磁场和特异性DNA分子探测等方面的应用,其结果对微纳光纤及其传感器的研究和应用具有重要的意义.     

Inspection of axial stress and refractive index distribution in polarization-maintaining fiber with tomographic methods

An experimental method is given for determination of three-dimensional axial stress distribution in polarization-maintaining optical fibers. The method relies on using phase-shifting digital photoelasticity for gathering several integrated retardation maps for multiple angular position of object and using them as input data for tomographic procedure. The experimental data obtained for panda-type fiber show the regions of high stress in the core and stress member areas of the fiber cladding. The obtained results are in good agreement with the theoretical values known from literature. Also measurement of refractive index distribution in the fiber was done by means of microinterferometric tomography. Interesting correlation between the stress and refractive index distributions is shown and explained.     

Investigation of refractive index profile and mode field distribution of optical fibers using digital holographic phase shifting interferometric method

In this paper a digital holographic phase shifting interferometric method is used to characterize the graded index (GR-IN) optical fibers. Off-axis digital holographic Mach–Zehnder like arrangement in aid of phase shifting tool is applied. Numerical reconstruction of phase shifted holograms is applied to calculate the optical phase difference distribution in the image plane, and then the optical phase differences across GR-IN fibers are extracted considering image enhancement and noise reduction steps. Also, a simple algorithm is presented to modify the position of the extracted optical phase differences across the fibers to be perpendicular to x-axis, so that it becomes easy to calculate the mean optical phase differences along the fiber. The mean optical phase differences in combination with multilayer model are applied to calculate the refractive index profiles across GR-IN optical fibers. An analytical model is presented to predict the mode distribution associated with the effective indices and the propagation coefficient of the parabolic refractive index profile GR-IN fiber.     

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。     

用光纤白光干涉技术测量晶体的弹光系数

运用折射率椭球分析晶体的弹光效应,给出了三方晶系沿光轴方向的应力与折射率的变化关系.针对晶体的各向异性和折射率随应力变化很小的因素,利用白光干涉技术空间分辨率高的特点,将白光干涉技术拓展到研究各向异性材料的光学性质. 并对测量群折射率的光纤迈克尔逊白光干涉技术进行了改进.采用光栅位移传感器和全保偏光纤提高反射扫描镜的位移准确度.通过测量石英晶体在不同外力下折射率的变化情况,确定了晶体的弹光系数. 石英晶体的弹光系数P33和P13分别为0.110和0.279,其准确度达到0.001.     

光纤纤芯及包层模有效折射率计算及仿真

光纤结构设计、模间色散求解、光纤光栅模式耦合等问题的研究, 都需要对光纤纤芯及包层模的有效折射率进行精确计算. 本文以光纤三层结构模型为基础, 结合该模型下的模式本征方程, 使用截弦法求解了纤芯模有效折射率, 并将计算结果与COMSOL软件模拟的对应纤芯模的传输光场进行对比, 验证了计算结果正确.使用区间遍历算法对包层模有效折射率进行了求解, 与已有的传统方法相比, 该方法可以有效防止求解过程中根的遗漏、避免特征方程产生的奇点, 并能保证模式的正规性.本文采用Mathematica软件对求解过程进行仿真, 获得了纤芯模和包层模有效折射率与波长关系曲线. 关键词： 光纤传输模式 有效折射率 截弦法 区间遍历算法     

Three-dimensional reconstruction of refractive index inhomogeneities in optical phase elements

In this paper the quantitative approach to 3D reconstruction of refractive index inhomogeneity of static phase object is presented. The method combines multidirectional phase shifting interferometry technique with tomographic reconstruction. It is aimed on testing of optical material and elements with both symmetric and non-symmetric refractive index distributions. The optimisation of the parameters used in filtered backprojection reconstruction algorithm is performed in order to maximise the overall accuracy of measurement. Experiments are performed to verify the methodology and parameters obtained from optimisation procedure. The results prove high performance of the proposed measuring procedure.     

拉锥光纤中光传输模场的矢量分析

采用二维矢量时域有限差分法(FDTD),考虑了拉锥光纤芯层的折射率分布和光纤芯层直径等参数,详细分析了拉锥光纤的锥度、拉锥后纳米光纤半径等对拉锥光纤中光波模场分布和传输特性的影响。计算结果表明,单模光纤芯层的折射率分布函数对光纤中光传输模场分布影响较小;拉锥光纤锥度越大光波的能量损耗越大;当拉锥后纳米光纤半径逐渐变小时,纳米光纤的光传输模场中心光强先逐渐增强然后又逐渐减小。     

Phase modulation of an electro-optic polymer cladded polarization-maintaining optic fiber

We present, for the first time based on our knowledge, a novel in-fiber optical phase modulator that is inherently broadband, efficient, and polarization-maintaining (PM). The modulator is a 25 mm long section of a D-shaped cladding PM fiber with half of its silica cladding replaced with an electro-optic (EO) silicone gel. A phase modulation of more than pi rad has been demonstrated. We describe techniques that enable the long-distance exposure of the fiber core, microfabrication of on-fiber electrodes, a low refractive index EO cladding material for replacing silica fiber cladding, and accurate phase measurement utilizing a Sagnac interferometer.     

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.