球形光纤端面效应及其应用

本文介绍了球形光纤端面的制作方法,采用射线理论和等效透镜法分析了圆球形端面多模光纤的端面效应,并给出了两个不同端面多模光纤之间耦合的实验结果。结果表明：圆球形端面光纤具有聚光特性,与平端面相比,使用圆球形端面光纤不仅可以提高光器件之间的耦合效率,而且增大了它们之间的耦合距离,利于光路调试;可广泛应用于光源与光纤、光纤与光纤、光纤与探测器之间的耦合。     

空间激光与单模光纤和光子晶体光纤的耦合效率

为了设计最优光纤耦合系统,利用高斯模场近似单模阶跃光纤的模场和大模面积光子晶体光纤的模场,推导出了理想情况下空间激光与这两种光纤的耦合效率解析表达式以及光纤端面相对于耦合系统存在横向偏移和端面倾斜时的耦合效率解析表达式。基于上述理论表达式计算了空间激光与光纤的耦合效率,并通过实验验证了此理论表达式的有效性。理论计算和实验均证实了单模阶跃光纤对于横向偏移更敏感,当横向偏移量等于单模光纤的纤芯半径时所对应的耦合效率只有20.25%,为理论最大值的1/4;而大模面积光子晶体光纤对于端面倾斜更加敏感,当端面倾斜2°时对应的耦合效率只有40.5%,为理论最大值的1/2。所提出理论表达式和实验方法完全可以为设计光纤耦合系统提供准确的参数。     

基于单透镜的空间光-单模光纤耦合方法

将自由空间光耦合进单模光纤产生超连续谱的实验中,空间光与单模光纤的耦合效率是其中的一个关键问题。常采用的单透镜或显微物镜进行耦合存在耦合效率低、调整难度大、端面易损伤等问题。提出了先将自由空间的光耦合进纤芯尺寸较大的单模光纤,然后将纤芯较大的单模光纤和纤芯较小的单模光纤进行熔接。实验结果表明,改进的耦合系统耦合效率大大提高,达到60%以上,且调整难度降低,光纤端面的损伤概率降低,大大提高了超连续谱产生的效率。     

高能γ探测系统中的光耦合部件参数优化

建立了Geant4软件粒子输运模拟平台,完成了核聚变高能射线能量-时间联合谱探测系统的探测效率计算数值建模;提出了遗传算法调用Geant4软件的射线探测系统参数优化方法。以自聚焦透镜前端与塑料闪烁体后端面的距离、自聚焦透镜后端面的长度及自聚焦透镜与通信光纤前端的距离为自变量,以耦合效率为适应度函数,实现了高能探测系统中由塑料闪烁体-自聚焦透镜-通信光纤组成的光耦合部件参数的优化算法。优化结果表明,该算法可以提高塑料闪烁体发出的荧光由自聚焦透镜耦合到通信光纤中的效率,最大可达4.77%。     

单模光纤与Ti:LiNbO3单模平面光波导端面激励耦合的研究

本文报导一个单模光纤与单模Ti扩散LiNbO3光波导的端面耦合及固定连接实验研究.利用电弧烧熔法在单模光纤端面上制成了微透镜,改善了模场匹配程度,采用二维硅V形糟,提高了光纤与波导的对准精度。     

基于非球面透镜的空间光场光纤耦合系统研究

针对全光纤激光雷达中空间光场与单模光纤的耦合问题,设计了基于非球面透镜的望远镜光纤耦合系统.利用ZEMAX软件以单模光纤耦合效率为优化目标对其结构参量进行优化设计,然后分别用LED和激光器作为光源进行初步实验,比较直接耦合和非球面透镜耦合效果.实验结果表明,采用非球面透镜耦合可使多模光源的耦合效率比直接耦合增加约47％,与仿真结果45％非常接近,且不同芯径耦合光功率之比大略等于芯径比平方;而该耦合方式可使单模光源的耦合效率增加约20％,且耦合进不同小芯径光纤的耦合效率之比约为其芯径比平方的2.4倍,这对构建全光纤转动喇曼激光雷达系统具有重要意义.     

基于非球面透镜的空间光场光纤耦合系统研究

针对全光纤激光雷达中空间光场与单模光纤的耦合问题,设计了基于非球面透镜的望远镜光纤耦合系统.利用ZEMAX软件以单模光纤耦合效率为优化目标对其结构参量进行优化设计,然后分别用LED和激光器作为光源进行初步实验,比较直接耦合和非球面透镜耦合效果.实验结果表明,采用非球面透镜耦合可使多模光源的耦合效率比直接耦合增加约47%,与仿真结果45%非常接近,且不同芯径耦合光功率之比大略等于芯径比平方;而该耦合方式可使单模光源的耦合效率增加约20%,且耦合进不同小芯径光纤的耦合效率之比约为其芯径比平方的2.4倍,这对构建全光纤转动喇曼激光雷达系统具有重要意义.     

多维耦合器校正空间光-单模光纤耦合对准误差

根据高斯光束传输理论，分析了径向偏差、端面倾斜偏差和轴向偏差等对准误差对空间光-单模光纤(SMF)耦合效率的影响。数值计算和实验结果表明，当端面与径向之间的夹角Ω为90°和270°时，3种对准误差对耦合效率的影响相互独立，当夹角Ω=180°时，耦合效率有最大值。为更好地补偿对准误差对SMF耦合效率的影响，基于压电陶瓷设计了具有5自由度耦合装置的光纤耦合器，并结合变增益型随机并行梯度下降算法寻找空间光-SMF的最佳对准姿态。实验结果表明，5自由度光纤耦合器可以很好地实现不同对准误差的校正，系统闭环后SMF耦合效率达到53.2%。     

提高光纤F-P应变传感器输出信号质量的方法研究

光纤F-P应变传感器输出信号质量的好坏直接影响解调精度.从光纤F-P应变传感器的基本原理出发,针对光纤F-P腔内损耗的问题,提出了用增加端面反射率的办法来弥补耦合损耗的影响;并通过理论分析、计算机仿真和实验对该问题进行了研究.实验表明,选用与F-P腔固有的最佳反射率匹配的端面镀膜,对增加干涉图样的对比度,提高信号输出幅值有很好的效果.     

单纵模固体激光器与单模保偏光纤之间的最佳耦合分析

分析了用于激光脉冲整形的激光器与单模保偏光纤之间的耦合问题。提出了获得最佳耦合效率的条件,为了提高耦保效率,其耦合系统的设计以及放置的位置要都受到激光器谐振腔和光纤参数的限制,并从实验上对所提出的耦合条件进行了验证。