熊猫光纤光栅温度传感特性的理论和实验研究

采用有限元法建立了熊猫光纤光栅的温度传感模型,研究了熊猫光纤温度变化时的内部应力分布,分析了几何结构变化对熊猫光纤光栅的温度传感特性的影响规律.理论分析和实验结果均表明:熊猫光纤光栅两偏振反射峰和双峰间距的温度灵敏度系数,都与猫眼半径和猫眼距离比值的平方(r/d)2成线性比例关系,其快轴方向的温度响应能力大于慢轴方向.     

熊猫光纤光栅压力传感特性研究

采用有限元法建立了熊猫光纤光栅的压力传感模型,分析了压力变化所导致的内部应力分布.结果表明,熊猫光纤光栅双峰间距随着压力增加而增大,其快轴方向的压力灵敏度系数为-4.08 pm/MPa,其绝对值大于慢轴方向-3.5 pm/MPa.理论分析和实验测量了几何结构对压力传感特性的影响规律,结果表明,熊猫光纤光栅压力灵敏度系数与猫眼半径距离比的平方成线性关系.对比实验结果表明,无法通过测量熊猫光纤光栅双峰间距的方案实现对温度不敏感的压力传感测量.     

对轴误差对光纤陀螺输出的影响

理论分析并试验研究了Y波导保偏尾纤与保偏光纤线圈之间熔接点的对轴误差对光纤陀螺输出的影响.根据简化的光纤陀螺光路误差模型,对光纤陀螺的输出相位误差与光路中主要耦合点的对轴误差的关系进行了理论推导和仿真分析,并利用一个实际的闭环光纤陀螺试验研究了主要熔接点的对轴误差变化对光纤陀螺零偏和零偏稳定性的影响.结果表明,Y波导保偏尾纤与保偏光纤线圈之间的对轴误差是引起光纤陀螺输出误差的重要因素,必须尽量减小.     

基于光强互相关的保偏光纤定轴仿真

提出一步定轴法以提高保偏光纤偏振轴定位和对准技术中侧视成像法的定轴效率.一步定轴法通过光强图像与标准图库之间的相关运算实现定轴,定轴过程中不需要旋转光纤.采用光强内插处理以及选择最佳观测平面两种措施提高一步定轴法的定轴准确度.以熊猫型保偏光纤为研究对象,利用光线追迹法仿真计算出不同观测面的光强图像.以相关峰值处的尖锐程度作为定轴准确度的判据,分析内插前后以及不同观测面的定轴准确度.结果表明,这两种措施均可提高定轴准确度,并获得优于0.3°的理论定轴准确度.     

关于菲涅耳衍射图样相似性的分析与讨论

与夫琅禾费衍射不同,菲涅耳衍射图样对于给定波长,当衍射距离变化或输入图像几何缩放时一般都不具有相似性.但我们的分析表明,若波长、衍射距离和输入图像几何线度诸参数满足一定关系,或对于某些特殊类型孔径,菲涅耳衍射图样有可能彼此相似.本文导出了在上述诸参数发生变化时菲涅耳衍射图样保持相似性的普适条件,以及此时衍射图样大小与诸参数的定量关系,并对包括圆孔衍射和直边衍射等情况都得到了一系列有价值的推论.     

聚合物光子晶体光纤作为新型传像光纤应用的初步探索

制备了两种具有传像功能的聚合物光子晶体光纤.该光纤分别由525个空气孔按四方排列和由547个空气孔按六方排列的二维光子晶体聚合物光纤组成.实验结果表明：在短距离内,这两种光纤可以以抗传导的机理传送图像,且制备工艺简单,单根光纤就带有数百个像素,可用于制造集成光学器件.     

芯轴型光纤水听器声压相移灵敏度响应分析

提出了一种带空气腔芯轴型光纤水听器的结构模型,并对其声压相移灵敏度的响应特性进行了研究.通过对空气腔芯轴型光纤水听器的基本原理和结构进行分析,得出光纤与弹性筒作用的相互关系;建立了动力学等效模型,得出带空气腔芯轴型光纤水听器声压相移灵敏度表达式以及频率特性的理论模型;利用有限元方法,得到芯轴型光纤水听器的响应模型.根据提出的结构和确定的参量制作出相应的探头,经过试验测试,其3 dB带宽约为30 kHz,测试结果验证了提出的理论模型与有限元模型的正确性.     

布里渊背向散射光谱数据拟合算法设计与实现

针对光纤某些点处布里渊背向散射光谱的测量数据出现多峰的情况,提出采用区间划分和基于最小二乘的非线性回归方法对采集到的布里渊背散光谱进行处理.该方法不仅可以拟合单峰布里渊背散光功率数据,而且可以自动识别多峰数据并分别对几个峰进行拟合,使得计算结果能更准确反应光纤沿线的应变情况.实验结果证实了算法的有效性和可行性.     

基于TV正则化和局部约束的遥感图像恢复

阐述了基于总变分理论和基于像元亮度局部约束的退化图像恢复算法,为利用二者的优点获得更好的恢复效果.把总变分方法和局部约束方法结合在一起,提出了一种新的混合恢复算法.对最小二乘问题进行总变分正则化约束,形成迭代公式,在迭代过程中对所获得的结果利用局部均值和局部方差进行局部约束.实验中对退化的遥感图像分别用总变分约束方法恢复和本文提出的方法进行恢复,结果表明,该方法具有良好的图像恢复能力,图像恢复效果有了明显的提高.     

快速测量扭曲向列相液晶盒盒厚

提出了一种利用圆偏光仪测量扭曲向列相液晶盒盒厚的新方法,即:圆偏光仪组成为两端是一对起偏器和检偏器,中间放置一对四分之一波片.起偏器和检偏器平行或垂直放置,其中一个四分之一波片的快轴和起偏器透光轴成45°,另一个四分之一波片的快轴和起偏器透光轴成－45°.液晶盒样品直接插入到两四分之一波片中间,无需调整方向.不同于旋转液晶盒或偏振片寻找输出光强最大值或最小值的方法,圆偏光仪测量盒厚不需要旋转任何光学元件或液晶盒观测输出光强的变化,只需要观测检偏器在平行和垂直方向的两个强度值,能够实现快速测量,简洁而且有效.     

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.     

保偏光纤在线定轴技术研究

研究了熊猫型保偏光纤在带涂覆层时的POL（polarization observation by lens-effect-tracing method）特性,说明用于去涂覆裸光纤的POL定轴技术同样适用于带涂覆情况,而且可达到相同的定轴精度.建立了一个初步的实验系统对熊猫型保偏光纤的在线定轴技术进行了系统的研究,采用曲线拟合和相关技术大大减小了各种定轴误差.在此系统上已可达到优于2°的定轴精度.     

亚微米光栅零级衍射特性的数值研究

用耦合波理论分析了亚微米光栅对光波场的衍射作用,给出了在TE和TM偏振入射条件下矩阵形式的耦合波方程,研究了光栅在TE偏振入射条件下可见光波段内的反射和透射零级衍射特性。亚微米光栅零级衍射效率是波长、偏振和入射角的函数,在不同照明、观察和光栅参数条件下,光栅零级衍射具有非常复杂的光谱结构,经过适当的优化光栅参数,零级衍射具有许多独特的衍射特性,在许多应用领域具有广泛的应用前景。     

Optically compensated dual-polarization interferometric fiber-optic gyroscope

We first introduce optical compensation into the field of interferometric fiber-optic gyroscopes (IFOGs), using the opposite polarity of the disturbance between two orthogonal polarization states to suppress polarization-fluctuation-induced noise. A dual-polarized IFOG, in which the fast and slow axes of polarization-maintaining fiber work simultaneously, is implemented and tested. Interference signals of the two axes are added to achieve optical compensation. Experiments show that the IFOG's sensitivity is effectively enhanced in compensated output: all Allan variance indices are improved, among which bias instability is reduced from 0.335 and 0.227 deg/h(fast and slow axes output, respectively) to 0.061 deg/h.     

外应力对Y波导器件尾纤消光比的影响

本文研究了外应力对Y波导器件尾纤消光比及其温度稳定性的影响机理.在对保偏光纤固定部分进行应力分析的基础上,研究了外应力的大小、方向对于光纤应力双折射及尾纤消光比的影响,并分析了消光比的全温稳定性.结果表明,外应力是影响消光比常温性能及全温稳定性的主要因素.当外应力的方向与光纤固有应力双折射的主轴不重合时,尾纤最大消光比会低于保偏光纤的固有消光比,并且耦合后波导芯片与光纤慢轴之间对轴失准.当温度变化时,外应力的变化将导致消光比随温度的波动.当外应力沿着保偏光纤固有双折射主轴方向时,能够确保尾纤在耦合过程中实现最大的消光比,并保证波导芯片偏振方向与光纤慢轴的严格对准,此时尾纤消光比具有最佳的温度稳定性.对V型槽和U型槽光纤固定块进行了尾纤消光比性能及其温度稳定性的比较分析,试验验证表明,V型槽方案相对于难以保证外应力方向与光纤慢轴重合的U型槽固定块设计方案而言,可以有效改善消光比性能及其全温温度稳定性.     

Analysis of polarization state in quantum key distribution via single-photon two-qubit states

An improved quantum key distribution scheme via single-photon two-qubit states is proposed. The input–output model of the polarization state is established. And the influence of the interferometers to the polarization state is analyzed. Quantum bit error rate of polarization coding caused by birefringent and coordinate system difference between incident light and the fast and slow axes in fiber interferometer is simulated. Furthermore, maintaining conditions of polarization state are given on this basis.     

部分偏振部分相干光光栅衍射场的偏振特性和角相关研究

为了研究部分偏振部分相干光光栅衍射场的衍射特性.利用部分偏振部分相干光的光束相干-偏振(BCP)矩阵,推导出了部分偏振部分相干光通过任意偏振光栅后,衍射场的偏振度及场中衍射级次角相关的一般解析表达式.以部分偏振的高斯-谢尔模型光束(PGSM)为例,数值分析了偏振光栅TE和TM波的复振幅透过率、入射光束的光学参量对衍射场偏振度和场中各衍射级次的角相关的影响.计算结果表明,部分相干光透过偏振光栅后的其衍射光场是一非均匀、周期变化的部分偏振相干光场;场中对称级次的角相干值对应相等,且随衍射级次序数的增大而缓慢递减至零.     

双折射光纤中偏振模色散的抑制

利用双折射光纤中孤子自捕获现象可以抑制偏振模色散,但这种抑制技术对传输参量有严格的限制.本文提出在双折射光纤中周期性地改变快慢轴的方法来抑制偏振模色散. 研究发现,这种方法在一定程度上能有效地抑制偏振模色散,并且光纤间偏振轴的夹角偏差有利于对偏振模色散的进一步抑制.     

衍射轴棱锥产生光学点阵的理论和实验

提出一种利用衍射轴棱锥产生三维光格的方法.由广义的惠更斯一菲涅耳衍射积分理论出发.分析准直单色平面光波大角度斜入射轴棱锥形成的光学点阵的特性.数值模拟光束在不同入射角入射轴棱锥情况下,随轴向距离变化的纵向光强分布以及同一轴向距离处的横向光强分布光斑图.结果指出,随着入射轴棱锥角度的增大,在最大无衍射距离内会形成有规则的光学点阵,这种光学点阵与三维光子晶体的结构相近,实验结果与数值模拟相吻合.