局部横向压力条件下光纤光栅偏振相关损耗谱次峰研究

研究了局部压力条件下光纤光栅偏振相关损耗(PDL)的光谱表征。针对次峰现象,详细研究了压力幅度、受压长度和受压位置对次峰产生条件的影响。采用传输矩阵法进行了数值模拟,理论分析和数值仿真显示,受压长度对次峰随压力变化的幅度和波长位移灵敏度有重要影响。在不同的受力长度下,产生次峰需要的受力幅度不同。该研究对利用PDL次峰进行传感具有很好的理论指导意义。     

用于单频光纤激光器的光纤光栅双腔Fabry-Perot结构传输谱特性理论研究

分析了基于光纤光栅的全光纤型双腔Fabry-Perot(F-P)结构传输谱特性. 理论推出了两腔F-P结构传输率具体计算公式,给出在光栅中心波长处产生单谐振传输峰时,腔长与组成光栅反射率各需满足的条件. 基于理论分析结果,分两部分数值模拟了对称及非对称两腔F-P结构传输谱,讨论了计算结果并给出定性的解释,总结了腔长及光栅长度、折射率调制深度的设计原则. 结论表明,当单腔F-P结构腔长增大到阻带内出现多个谐振峰时,通过合理选取两腔结构的腔长及光栅参数,双腔F-P结构能够在整体长度不变条件下,抑制中心波长两侧的次谐振峰,而中心波长处的主谐振峰不受影响. 关键词： 光纤光栅 Fabry-Perot结构 光纤激光器     

相移光栅磁场传感方案交叉敏感分析

通过相移光栅的偏振相关损耗(PDL)进行磁场测量是一种较为新颖的磁场测量方法,可用于对脉冲交变强磁场的测量。交叉敏感问题是光纤光栅传感中的关键问题。忽略光栅固有双折射,利用传输矩阵法对磁场传感原理进行了推导与仿真,理论分析了温度、轴向应力和压力等对相移光栅透射窗口的影响,并对相应的PDL峰值变化进行了数值仿真。理论和实验表明,透射窗口峰值的波长随温度和轴向应力呈线性变化,PDL谱线发生横向平移,磁场传感系统不受影响。压力的变化改变了光栅的折射率分布,产生应力双折射,PDL谱线发生不规则变化,对磁场测量结果产生严重影响。     

直接检测光OFDM系统中的偏振相关损耗研究

对于高速光传输,直接检测的光正交频分复用系统（direct detection optical orthogonal frequency division multiplexing, DDO-OFDM）中的偏振相关损耗（polarization dependent loss, PDL）与偏振模色散相互作用,对系统传输带来较大影响。对DDO-OFDM系统中PDL与一阶PMD作用机理和数学模型进行了分析,并通过数字仿真加以验证。结果表明:在PDL与PMD联合作用下,对OFDM信号幅度及相位均产生影响,通过发送导频序列可有效实现信号均衡;由于输出偏振态随频率产生旋转,PMD效应一定程度上缓解PDL所致系统损伤,差分群时延为50 ps条件下,以10 Gb/s的速率在单模光纤传输480 km,DDO-OFDM系统Q值提高约0.8 dB。     

拉锥型啁啾光纤光栅滤波器的研究

本文主要对拉锥型啁啾光纤光栅滤波器进行详细的理论分析和实验研究. 结合传输矩阵法, 谐振理论和耦合模理论, 深入细致地分析了啁啾光纤光栅自身参数 (光栅长度, 折射率调制幅度, 啁啾系数), 拉锥参数和锥区损耗对拉锥型啁啾光纤光栅滤波器透射谱的影响, 并研究拉锥对啁啾光纤光栅各波长反射率影响. 在此基础之上进行相应的数值仿真及实验验证, 数值仿真与实验结果基本一致. 关键词： 光栅拉锥 啁啾光栅 传输矩阵法 滤波器     

脉宽对光码分多址编解码器性能的影响

光码分多址系统中,光编解码是影响系统性能的关键因素之一。给出了低折射率相移超结构光纤光栅(SSFBG)光码分多址编解码器的数学模型,采用自相关峰旁瓣比(P/W)、自互相关峰比(P/C)两个参量作为衡量编解码器性能的主要指标,仿真研究了不同脉宽及不同光栅(码片)长度条件下超结构光纤光栅编解码器的性能,得到了编解码器的P/W、P/C随输入脉冲宽度及编解码器长度的变化曲线。从对编解码器性能仿真分析的结果可以看出,当光源脉宽与编解码器的长度满足一定的匹配条件时,可获得较理想编解码效果,即可以根据输入脉冲的宽度来选择长度合适的编解码器,从而获得较好的系统的性能。     

镀膜长周期光纤光栅的单峰宽带滤波特性

镀膜长周期光纤光栅(LPFG)工作于相位匹配转折点时纤芯模与高次包层模的耦合产生单个宽带损耗峰,其3 dB带宽取决于纤芯模和包层模之间的色散差、光栅长度以及中心波长.研究表明,薄膜折射率和厚度的变化将影响纤芯模与包层模之间的色散差,从而影响损耗峰的3 dB带宽,同时损耗峰中心波长亦随之移动.薄膜折射率为1.57,厚度为350 nm时,损耗峰带宽可达302 nm.减小光栅长度在保证中心波长损耗大于6 dB的前提下可使损耗峰3 dB带宽增大至334 nm.进一步研究表明,在均匀LPFG中偏离光栅中点的适当位置引入单个π相移可以使带宽增大至372 nm以上.     

高温等离子体中太赫兹波的传输特性

通过解析方法研究了高温等离子体的太赫兹波传输特性.研究发现,高温等离子体对太赫兹波高频频段透过率较高,表现为通带;对低频频段透过率较低,表现为阻带.这与冷等离子体中电磁波的传输特性是一致的.但其透射率还受到温度与磁场的影响,当改变高温等离子体的电子温度与磁场时,在阻带内会产生一尖锐的透射峰.这种现象在冷等离子体模型中从来没有出现过.本文主要对电子温度和外加磁场两个影响因素进行讨论.研究发现,禁带内出现的透射峰频率受磁场影响,而峰值幅度受温度影响.计算得到了不同外加磁场条件下产生高透过率(透射率约为1)时的电子温度.基于该结果进一步研究了透射峰出现的规律,并通过曲线拟合的方法得到了透射峰频率所遵循的计算公式.数值结果表明透射峰频率与外磁场之间为正比例函数关系,而峰值电子温度取值与外磁场的关系表现为指数规律.最后对拟合得到的方程采用时域有限差分法进行了验证,数值结果与解析解符合较好,证明了该研究的正确性.     

基于气流调制的封闭空间高声强次声产生方法研究

基于气流调制技术研究了封闭空间高强度次声产生方法。设计了大流量气流调制器,对调制器和赫尔姆霍兹共振腔组成的高声强次声产生装置的声场特性进行了数值仿真,制作出原理装置,并进行了实验测试。从理论上分析了不同调制频率和不同供气压力下调制器出口的声压幅度,分析了次声产生装置不同调制频率的声压幅度,分析了舱内声场的空间分布特性。实验结果表明:气流调制器设计合理、运行平稳,次声产生装置最大能产生161 dB的次声,测试舱声场均匀、声波信噪比较高,实验结果与数值仿真结果基本一致。      

非均匀光纤光栅响应特性的研究

光纤栅在未来光纤通信与光纤传感系统中将关键性作用。本文进行了不同线型光栅迹与喃啾 等波导结构参数下的非均匀光纤光栅响应特性的数值计算,并通过对光栅响应不对称性的研究讨论,提出了光栅响应对称性的两个一般条件。     

全介质光栅在太赫兹波段的光调控特性

采用激光直写技术在100 μm厚的Si衬底上制备了全介质光栅结构, 利用近红外光抽运-太赫兹探测(near infrared pump-Terahertz probe)技术对该全介质光栅在THz波段的光谱响应及其光调控特性进行了测试, 最后结合电磁仿真结果, 对米谐振(Mie resonance)的形成机理和光调控机理进行了解释并对调控光作用下全介质光栅的电导率数值进行了估算. 研究结果表明: 在光栅与THz偏振垂直的情况下, 该全介质光栅在0-1.0 THz范围内有3个典型的米谐振峰且谐振模式各不相同; 随着调控光功率的增加, 3个谐振峰的谐振强度出现了不同程度的减弱, 其中第一个谐振峰的光调控幅度达到50%以上, 调控光作用下米谐振强度的减弱是由于光生载流子对入射THz波的吸收和散射导致了介质光栅内部感生电磁场减弱引起的. 上述工作对全介质超材料在THz波段的共振特性研究和相关光调控器件的研制具有重要参考价值.     

冷却条件下管内超临界压力CO2对流换热研究

本文用数值计算和实验测量结合的实验方法对冷却条件下超临界压力二氧化碳在细圆管内(Din=2 mm)的局部对流换热进行了实验研究.结果表明,冷却条件下超临界二氧化碳局部对流换热系数在流体温度略高于准临界温度时达到峰值.本文还对该过程进行了数值模拟,比较了不同湍流模型的计算结果,根据数值模拟提供的信息分析了影响冷却条件下超临界压力二氧化碳换热的主要因素和物性变化对换热的影响.     

直排型DF/HF化学激光器扩压器喉道最佳长度实验研究

 为了研究扩压器喉道长度对直排型连续波DF/HF化学激光器起动特性的影响,建立了一套化学激光器气流通道双喷管小型实验模型。在无二次流的条件下,通过选用喉道长度不同的扩压器进行实验,分别得到对应的起动压力和工作压力,并将起动压力和工作压力的大小作为评价扩压器喉道长度优劣的依据。实验数据显示,对于该特定结构的直排型DF/HF激光器气流通道双喷管实验模型,扩压器喉道最佳长度为等效直径的17倍。     

不同应变率下两种岩石的压缩破碎特征试验研究

为了研究不同岩石在不同应变率下压缩时裂纹的产生规律及破坏模式,将石灰岩和红砂岩制成试件,研究其在不同应变率和受力模式下裂纹的形成模式。开展了两种岩石的准静态压缩和动态压缩试验,采用高速摄影机记录了裂纹的产生和破坏模式。对两种岩石试件的裂纹形态进行对比,基于岩石的物理性质、受力状态、能量演化分析,得到了在不同应变率下压缩时产生差异性的原因。结果表明:准静态压缩下岩石试件受压的破坏模式也会因应变率的不同而存在差异,并且破坏模式的差异对岩石试件的抗压强度将产生显著的影响;从能量演化的角度分析,入射能量的大小将会决定岩石试样动态抗压强度曲线是否出现起伏;动态压缩时,裂纹的周向扩展速度与岩石抗压强度呈正相关。     

光纤光栅选频环形腔掺Yb3+光纤激光器

采用自行研制的掺Yb^3 单模光纤和新颖的全光纤连接方案,实现了1060nm窄线宽、环形腔光纤激光器的成功运转。从理论和实验上探讨了耦合器输出比对激光器输出性能的影响,对不同光纤长度所构成的激光器进行了实验研究,发现在现有实验条件下12m为最佳长度。入纤抽运阈值功率约为30．2mW,当入纤功率达最大值42．8mW时,得到最大激光输出7．5mW,半峰全宽≤0．2nm,相对于入纤抽运功率的斜率效率为61．7％。     

光纤布拉格光栅型全光纤声光调制器的特性研究

将光纤光栅的傅里叶模式耦合理论应用于光纤布拉格光栅型全光纤声光调制器的理论分析中. 与现有的分析方法相比, 该模型算法简单、 求解容易, 能够快速有效地获得调制器的传输特性. 基于该模型, 理论分析了超声波频率及声致应变幅度对调制器特性的影响. 仿真结果表明, 该调制器反射谱的主反射峰与次反射峰的波长间隔与超声波频率成正比, 反射峰的反射率随着声致应变幅度的改变而发生周期性的变化. 另外, 在同一声致应变幅度下, 低频超声波调制的光栅反射中存在更多的次反射, 光栅反射能量的周期性变化更加明显. 实验中, 使用频率为885.5 kHz的超声波对光纤布拉格光栅进行调制. 实验结果与仿真结果相一致.     

动态应变场下相移光栅光谱特性及实验研究

光纤传感技术以其抗电磁干扰、高精度、易组网等优势在航空航天及地下工程领域的声发射传感中得到了广泛应用。针对光纤光栅声发射监测系统,目前研究侧重于均匀光纤光栅的动态应变场传感特性,基于相移光纤光栅(phase-shifted fiber Bragg grating, PS-FBG)这一新型光纤光栅器件,重点研究声发射激励产生的动态应变场下相移光纤光栅的光谱特性变化规律。首先利用传输矩阵理论,建立PS-FBG的动态应变传感模型,利用指数衰减的余弦函数模拟声发射激励产生的动态应变场。通过数值仿真,详细研究PS-FBG光谱对动态应变场幅度、采样时刻、衰减系数、声发射频率及波长的响应特性。结果表明,PS-FBG反射谱形状随声发射频率与采样时刻呈现周期性变化,具体表现为透射窗口所对波长产生周期性漂移,而带宽变化不明显;随着动态应变场幅值越大,PS-FBG反射谱的谐振峰向两侧逐渐增多,透射窗口所对波长漂移很小;一定范围内衰减系数对PS-FBG光谱影响较大;而当声发射波长为0.1～2 L时,对PS-FBG光谱产生较大影响,此时光谱畸变较严重,在此范围外,光谱形状不发生明显变化。最后,搭建连续信号激励下的动态应变场实验平台,分析不同幅度a与频率f变化下PS-FBG的光谱特性,实验结果与仿真结果较好吻合。表明PS-FBG光谱对不同声发射激励产生的动态应变场响应不同,呈现一定规律性,该研究为基于相移光纤光栅传感技术的声发射传感提供理论指导。     

神光Ⅱ装置上辐射驱动瑞利-泰勒不稳定性实验北大核心CSCD

在神光Ⅱ装置上开展了辐射驱动RT不稳定性的一系列实验,获得了不同初始扰动幅度、不同扰动波长、不同材料样品等条件下辐射烧蚀RT不稳定性增长的高时空分辨背光图像,特别是在大初始扰动幅度样品实验中获得了扰动增长的清晰图像,观察到了扰动增长从线性区到非线性区的过渡过程,二次和三次谐波的产生和发展清楚可见。充实了数值模拟程序考核的实验数据库,对间接驱动ICF点火靶设计和研究具有重要作用。     

神光Ⅱ装置上辐射驱动瑞利-泰勒不稳定性实验

在神光Ⅱ装置上开展了辐射驱动RT不稳定性的一系列实验,获得了不同初始扰动幅度、不同扰动波长、不同材料样品等条件下辐射烧蚀RT不稳定性增长的高时空分辨背光图像,特别是在大初始扰动幅度样品实验中获得了扰动增长的清晰图像,观察到了扰动增长从线性区到非线性区的过渡过程,二次和三次谐波的产生和发展清楚可见。充实了数值模拟程序考核的实验数据库,对间接驱动ICF点火靶设计和研究具有重要作用。     

双波长相移光纤光栅的光谱特性及传感应用

建立了双波长相移光纤光栅的理论模型,对双波长相移光纤光栅的透射谱特性进行了数值仿真,结果表明透射波长间隔会分别随相移量、折射率调制深度和光栅长度的变化而有规律地增减.借助光纤布拉格光栅的法布里-珀罗腔谐振相位条件计算了透射峰间隔的表达式,该表达式得到的透射峰间距曲线与数值仿真得到的曲线相符合,验证了数值仿真结果的正确性.最后,在光栅透射谱波长间隔变化规律的基础上提出一种传感方案,并对光栅的温度传感特性进行分析,理论推导得到灵敏度约为60pm/℃.