氧化石墨烯修饰腐蚀型长周期光纤光栅的禽流感病毒免疫传感器

提出了一种使用基于氧化石墨烯修饰包层腐蚀型长周期光纤光栅应用于检测禽流感病毒的免疫传感器.氧化石墨烯通过氢键结合在包层腐蚀型长周期光纤光栅表面上,并通过共价键将禽流感病毒单克隆抗体与氧化石墨烯表面的羧基相结合.利用氧化石墨烯上吸附的禽流感病毒单克隆抗体与禽流感病毒抗原的特异性结合引起的长周期光纤光栅谐振波长变化进行检测.结果表明,该氧化石墨烯修饰包层腐蚀型长周期光纤光栅免疫传感器对禽流感病毒的检测极限为40 ng/mL,传感器的解离常数为~1.6×10^-7 mol/L,检测范围为40 ng/mL^200μg/mL.通过对禽流感病毒空白尿囊液、禽流感病毒尿囊液和新城疫病毒尿囊液进行检测,表明免疫传感器具有良好的特异性和临床性.该免疫传感器具有应用于禽流感病毒的快速和早期诊断的可能.     

均匀和非均匀温度场条件下的长周期光纤光栅透射谱的研究

从理论上推导了长周期光纤光栅在均匀温度场和非均匀温度场中透射谱的特性,并实验验证长周期光纤光栅在均匀温度场中和非均匀温度场的光谱特性。实验证明,随温度升高,光纤光栅谐振波中心向长波方向漂移,反之亦然,且漂移量与温度的变化量呈线性关系。在非均匀温度场中,当长周期光纤光栅的光栅两端温度差改变时,谐振波的3dB展宽呈线性递增趋势。     

基于周期性矩形压力槽的可调谐长周期光纤光栅

利用机械线加工技术设计矩形压力槽制作了周期为600 μm,周期数为60的长周期光纤光栅.实验研究了所制作长周期光纤光栅的温度和压力特性,并通过调整光纤和压力槽之间的角度改变长周期光纤光栅的谐振波长.采用此技术制作的长周期光纤光栅最大谐振峰值可达15 dB,通过调整光纤与压力槽之间的角度可使谐振波长变化超过12 nm.     

金属包层长周期光纤光栅的理论和实验研究

金属包层长周期光纤光栅可用于对谐振波长的调谐。通过实验和理论研究了长周期光纤光栅在沉积金属包层前后谐振波长的变化规律。分析了金属包层光纤的特点,给出了金属包层光纤包层模的本征方程,并给出了这一复本征方程的求解方法。长周期光纤光栅在沉积金属包层后,对低阶包层模,谐振波长会向长波方向偏移,模次增加,偏移会增大;对高阶包层模,谐振波长向短波方向偏移。不同金属包层,谐振波长的偏移量也有一定差别。所给出的理论分析方法,可用于预测谐振波长的偏移方向和大小,对设计和制做这类长周期光纤光栅提供理论参考。     

双面曝光长周期光纤光栅偏振相关损耗

研究了采用高频CO2激光脉冲通过单面和双面曝光制作出的长周期光纤光栅(LPFG)的偏振相关损耗特性。单面曝光制作的长周期光纤光栅由于光纤横截面折射率改变不均匀,对入射光偏振态有较强的依赖性,主要表现为偏振相关损耗较大;为了降低偏振相关损耗,在制作长周期光纤光栅的过程中采用双面曝光的方法,以使其横截面折射率调制受高频CO2激光曝光改变均匀。实验数据显示,高频CO2激光脉冲制作的普通单面曝光长周期光纤光栅最大偏振相关损耗高达1.24 dB,而采用双面曝光的相同谐振峰值长周期光纤光栅的偏振相关损耗则可降至0.42 dB。因此,双面曝光制作的长周期光纤光栅能较好地克服入射光偏振态的不良影响,从而满足对偏振敏感的光纤通信和传感系统的应用要求。     

长周期光纤光栅的分析和优化设计

利用传输矩阵法对相移和变迹长周期光纤光栅的传输特性进行了计算和分析,提出长周期光纤光栅传输谱的相移优化设计方法.采用非均匀相移的设计思想,优化长周期光纤光栅的传输谱.和传统的均匀相移和变迹长周期光纤光栅相比,可以有效消除长周期光纤光栅谐振波长附近的旁瓣,并保证其传输性能.计算和分析结果表明:这种方法比传统的变迹优化设计方法更有效.     

长周期光纤光栅结构参数与透射谱关系的仿真研究

利用光纤3层模型理论,通过仿真研究发现长周期光纤光栅结构参数与透射谱的变化有规律性关系,给出了一阶低次包层模与导模耦合时透射谱的变化规律。当长周期光纤光栅的纤芯、包层的半径和折射率增大时,谐振波向短波方向漂移;当长周期光纤光栅周期增大时,谐振波向长波方向漂移;当长周期光纤光栅长度增加时,谐振波没有漂移现象,但是其深度减小。通过综合分析发现:谐振波漂移方向比较明确,但是损耗峰深度的变化并没有明显的规律。     

表面镀层长周期光纤光栅双峰谐振及其透射谱研究

采用严格的耦合模理论,通过求解表面镀层长周期光纤光栅的特征方程,给出了双峰谐振波长的确定方法,以及它与光栅周期和模式序数之间的关系。结果表明,对应于较高次的包层模式,存在双峰谐振现象,且包层模式序数越高,与芯模产生谐振耦合所需的光栅周期越小。进一步讨论了双峰谐振波长的间距随薄膜参量与光栅参量变化的关系,描绘了这些参量对透射谱衰减谐振峰的影响,理论分析结果与X.W.Shu的无镀层长周期光纤光栅实验结果一致。这些研究为建立高灵敏的双峰谐振薄膜传感器提供了结构优化的理论支持。     

双包层掺镱光纤激光器连续和调Q运转的实验研究

采用布拉格光纤光栅作为谐振腔,实现了980 nm半导体激光器端面泵浦下的双包层掺镱光纤激光器的连续和调Q运转.连续激光实验结果表明,在泵浦功率固定时,增益光纤存在激光输出功率最大情况下的最佳长度,当泵浦功率增大时,最佳增益光纤长度也随之增加.采用石墨烯分散液作为可饱和吸收体,插入增益光纤与布拉格光纤光栅之间,实现了光纤激光器的稳定被动调Q运转.当泵浦功率为2.87W时,得到了最小脉冲宽度33 ns、重复率38.5 kHz的脉冲序列;随着泵浦功率进一步增大,出现不稳定的调Q锁模现象.     

三包层长周期光纤光栅谐振波长与薄膜光学参数的关系

通过求解严格的耦合模理论建立的三包层结构长周期光纤光栅特征方程,研究了三包层长周期光纤光栅谐振波长与第二包层(薄膜)的折射率和厚度之间的关系。结果发现,随着膜厚及折射率的增大,谐振波长偏移的变化分成三个区域,这与Nicholas D R的实验结果相符。利用HE/EH模的判据数,对三个区域的模特性进行了分析,给出了区域划分的衡量标准。给出了在不同薄膜参数时的长周期光纤光栅透射谱,发现一阶低次HE模式的耦合强度要远大于一阶低次EH模式。     

基于光纤光栅光谱分析的混凝土结构钢筋锈蚀监测

混凝土中钢筋发生锈蚀会严重影响混凝土结构的使用功能,文章提出了通过观察长周期光纤光栅(LPFG)的透射谱变化对混凝土结构中的钢筋锈蚀进行监测。这种方法基于长周期光纤光栅的微弯特性,利用其透射光谱随弯曲度增加逐渐变浅、谐振波长处的光功率与LPFG的弯曲度成线性这一特性,将钢筋锈蚀引起的钢筋径向膨胀转化为光栅的弯曲,通过监测光栅的光谱变化获知光栅的弯曲度进而判断钢筋的锈蚀程度,该方法对钢筋直接进行监测,简单易行,并利用光栅的光谱特性从而避免了环境温度、应变、折射率的影响,实验将光栅埋入到混凝土构件中,从已取得的实验结果来看,这种方法测量钢筋锈蚀厚度的准确度可达1.2 μm,可监测到的锈蚀厚度达3 mm,完全能够实现混凝土结构中钢筋锈蚀的早期至中期监测。     

内置调制层型光纤表面等离子体波共振传感器研究

研究了一种基于内置调制层结构的光纤表面等离子体波共振(SPR)传感器。通过在金膜与纤芯的内侧增覆具有不同厚度和属性的光学透明薄膜作为内调制层,构成了性能独特的光电复合薄膜,起到调节倏逝波矢量和金膜表面等离子体振荡波矢量的双重作用,进而控制共振效应,为调节灵敏度提供依据。采用时域有限差分方法对内置调制层结构光纤SPR共振激励模型属性进行数值仿真。在此基础上,研制了用于液体折射率测量的内置调制层型光纤SPR传感探针。实验结果表明,该传感器在1.335～1.392折射率范围内,随着待测液体折射率的增大,SPR共振光谱向长波方向偏移,且灵敏度达到2263.1nm/RIU,与基于纤芯-金膜-环境介质三层结构的常规光纤SPR传感器相比提高一倍,能够更好地满足环境折射率检测的需求。     

基于色散补偿光纤的高速光纤光栅解调方法

本文提出并论证了一种光纤光栅高速解调的新方法, 利用色散补偿光纤的色散效应, 将光纤光栅的波长漂移信息转换成时域信息. 采用脉冲激光器作为光源, 仅需一个光脉冲可获取单根光纤上所有光纤光栅的反射光脉冲, 再根据各个光栅反射回光脉冲的延时变化即可实现波长的解调. 本方法可用于准分布光纤光栅传感网络解调, 系统采用全光纤结构, 无需波长扫描, 大大提高了解调速度. 本文搭建了测试系统进行实验验证, 对3个光纤光栅组成的准分布式传感网络进行了解调, 实验结果表明, 解调出的光纤光栅布喇格波长线性度好, 解调速度最高可达1 MHz, 采样数据取10次平均后解调线性度可达0.9969, 解调误差约为27.8 pm.     

Saturable Absorption and Bistable Switching of Single Mode Fiber Core-Guided Light by a 6 nm-thick,Few Layers Graphene Coating on the Cladding Surface

The coupling of less than 80 µW of in-plane polarized near-infrared light in a 6 nm-thick graphene layer deposited on an optical fiber produces important permittivity changes leading to bistability and self-starting 50% modulation of over 1 W of continuous wave light in the core. These features arise from resonant coupling of core-guided light into the cladding by a 12-degree tilted, 1 cm long fiber Bragg grating via narrowband, polarization-dependent resonances that allow the selection of cladding modes with electric fields polarized in the plane of the graphene. The pulse repetition rate of the modulation increases from 10 to 269 Hz for input powers ranging from 0.3 to 1.33 W in the core, with no evidence of saturation. Investigations into the origin of these effects through physical modelling and different experimental conditions point to photo-induced Joule heating in the graphene layer giving rise to temperature increases of the order of 60 °C and corresponding permittivity changes in the graphene and underlying silica fiber. Those changes lead to shifts in the resonance positions which result in the equivalent of saturable absorption for light guided in the core without direct contact with the absorbing graphene layer.     

快速可调谐电光聚合物波导光栅

提出并设计了快速可调谐电光聚合物波导光栅.该波导光栅通过极化聚合物的线性电光效应 可实现谐振波长的纳秒级快速调谐，调谐灵敏度为61pm/V.研究了该波导光栅的反射谱和透 射谱特性与光栅周期,周期数,折射率调制函数及其调制大小的关系.讨论了波导光栅的材料 选择,制备工艺,快速可调谐性和偏振相关性.该波导光栅不仅克服了光纤光栅调谐速度慢和不利于大规模集成的不足，而且具有调谐灵敏度高,制备工艺与半导体工艺兼容和偏振无关 等优点. 关键词： 光通信器件 光波导 电光效应 聚合物 波导光栅 光纤光栅     

基于紫外刻写相移光栅的温度应力同时测量传感器

传统光纤光栅传感器存在温度应力交叉敏感的问题,无法同时测量被测物体的温度应力变化情况。针对这种情况,提出一种新型的利用紫外光刻写相移光栅的方法,在刻写光栅前用电极放电的方法去除掉极小一段光纤的光敏性,使光纤原有的均匀周期分布状态被破坏,从而形成相移光栅,并对其进行理论分析。此种相移光栅的透射光谱存在2个明显的谐振峰,利用2个峰对温度和应变灵敏度不同的性质,可以通过建立解调矩阵来实现温度与应力的同时测量。实验结果表明:利用此种方法制成的相移布拉格光栅能够较为精确地实现温度、应力的同时测量,所制作的传感器温度灵敏度最高可达9.51 pm/℃,灵敏度方差低于2.125×10?7,应变灵敏度最高可达0.767 pm/με,灵敏度方差低于2.156×10?10。     

Single-sideband modulated radio-over-fiber system based on long period fiber grating

We present a prototype for optical single-sideband (SSB) modulated radio-over-fiber (RoF) system by employing a long period fiber grating (LPFG). A LPFG with 13.78 nm base width of transmission spectrum and 0?23.2 dB of transmission depth was designed by using commercial software. Then it is used in RoF SSB modulation scheme. In the scheme, a Mach?Zehnder modulator modulates the light wave with millimeter-wave driving signals to realize optical double-sideband (ODSB) modulation, the generated ODSB modulation signals pass through a LPFG. Due to the negative slope in transmission spectrum, the lower sideband experiences higher attenuation than the upper sideband. Thus the conversion from ODSB to optical single sideband with carrier (OSSB + C) can be easily achieved by using only one LPFG. Also, the carrier to sideband ratio (CSR) can be reduced by using a LPFG, results show the CSR can be decreased from 12.49 dB to 1.1 dB.     

凹形色散分布光纤中超连续谱特性分析

比较了在不同色散分布的色散渐减光纤中超连续（SC）谱的产生。结果表明,当光纤的色散值关于中心波长对称、且随着传输距离增加,经由反常色散区过渡到正常色散区的、凹形色散分布的色散渐减光纤更有利于产生平坦、带宽的超连续谱。从频域的全场方程出发,模拟了脉冲在光纤中的传输情形,发现脉冲在凹形色散分布的光纤中传输时,不仅在反常色散区能更大程度被压缩,在正常色散区由于存在零色散波长点,还能更进一步展宽,从而得到更宽、更平坦的超连续谱。在谱强为-27dB时,谱宽可达到298nm,比相同情况下的凸形色散的光纤中超连续谱增宽97nm。结果显示,凹形色散分布的光纤比凸形色散分布的光纤在超连续谱的产生上有更明显的优势,可以得到更宽的超连续谱。     

利用非均匀镀铜技术实现光纤光栅的色散可调

提出了一种利用非均匀镀铜技术在光纤光栅的外包层镀上径向均匀轴向厚度渐变的铜膜,通过温度控制来调节光纤光栅的啁啾量,从而实现光纤光栅的色散可调,用于动态的色散补偿。在理论方面,建立了完整的热平衡方程,对轴向厚度渐变镀铜膜光纤光栅在温度控制下的受力情况进行分析;分析了光纤光栅在同时受到温度变化和非均匀应力时的反射、时延、色散等特性,并进行了数值仿真。在实验方面,在自制的均匀光纤光栅上利用先真空镀后电镀的方法镀上了轴向厚度渐变的铜膜,并对镀膜后的光纤光栅利用温度调节装置进行测试,不同温度变化下光纤光栅的特性和理论仿真结果基本一致,从而验证了理论分析的正确性。