光纤陀螺光纤环的热应力分布仿真分析方法

针对光纤线圈较容易受温度影响的问题,从热至应力的角度,推导了由热应力导致的光纤陀螺的相位差离散数学公式,并在此基础上,对四级对称绕法绕制的无骨架光纤环建立了有限元模型。结合光纤陀螺工作环境的栽荷和边界条件对其不同温度下的热应力分布进行仿真分析。仿真分析结果表明,光纤环内侧受到的热应力较大,高低温下热应力值分别达到最大和...     

The refractive index changes derived from thermal effects in Bragg fiber laser

The temperature distribution and the thermal stress distribution of Bragg fiber laser are analyzed by solving thermal transfer equations. The changes of refractive index derived from the temperature and the thermal stress are discussed separately. Results indicate that the change of index refraction caused by temperature is larger than by thermal stress.     

高功率掺镱双包层光纤激光器中光纤损伤及其理论分析

针对高功率掺镱双包层光纤激光器热效应引起的光纤损伤情况,由热传导方程,结合边界条件推导了两端泵浦情况下双包层光纤激光器光纤内的温度分布及热效应引起的应力分布,并对光纤内的温度分布和应力分布进行了数值模拟.结合模拟结果,对光纤的损伤进行了解释,分析了引起光纤热效应的主要因素.对两端泵浦情况的模拟与分析符合高功率光纤激光器的实际工作情况,这对优化高功率光纤激光器的设计有一定的参考价值.     

BOTDA光纤传感技术在光纤环圈质量评估中的应用

在分析光纤环对陀螺整体性能影响的基础上,提出将BOTDA光纤传感技术用于光纤环质量检测。通过对光纤环的在线检测、热应力检测和骨架性能影响测试,能及时发现并消除光纤绕制中的应力尖峰及换层现象,消除由骨架、热应力引起的光纤应力曲线反转现象。     

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。     

双包层光纤激光器的受激拉曼散射与热应力

 建立了高功率掺镱双包层光纤激光器的速率方程模型与热应力模型，对影响受激拉曼散射效应和热应力效应的关键参数（如纤芯半径、光纤长度、泵浦波长、泵浦方式）进行了数值模拟。结果表明:对于较小的纤芯半径，光纤内的斯托克斯光功率较大且增长迅速，因此增加纤芯半径能有效减弱受激拉曼散射效应；减小光纤长度能提高受激拉曼散射的阈值，而纤芯的热应力也增大，因此在不出现热应力引起光纤断裂的情况下，可以减小光纤长度以提高输出功率；采用976 nm波段泵浦源能提高输出功率，降低热应力的影响；两端均匀泵浦方式可以有效降低纤芯热应力，同时维持高功率输出。     

高功率光子晶体光纤激光器温度分布研究

对高功率光子晶体光纤激光器温度分布问题进行了理论研究.在分析光纤热产生机理和结构的基础上,建立了双包层光子晶体光纤激光器稳态切面温度分布简单模型,数值模拟了光纤径向的温度分布、纤芯温度和纤芯-表面温差与纤芯热负载的关系,研究了光纤结构对温度分布的影响;并就激光器光纤泵浦端面的冷却方案进行讨论,数值模拟了外界对流系数不同时纤芯温度的大小.结果表明：对高功率光子晶体光纤激光器采用风冷和水冷的方法可以降低热效应的影响.     

Microstructure and thermal residual stress analysis of SiC fiber through Raman spectroscopy

SiC fiber‐reinforced metal matrix composite is an interesting material for aerospace industry because of its excellent properties. However, these properties are greatly influenced by fiber microstructure and thermal residual stresses introduced by the preparation of the composites. Due to complicated preparation technology, microstructure and thermal stress along SiC fiber radius varies, which makes characterization difficult. Raman spectroscopy is a non‐destructive technique which provides information, at micrometer scale, on the phase composition and the crystalline state (structure and texture) of materials. Line scanning was used to assess microstructure along SiC fiber radius embedded in Ti64. The SiC coating is subdivided into three concentric parts across the fiber diameter, according to the differences in intensity and width of SiC transverse optical phonon (TO) band. Part 2 is considered to be a buffer zone connecting Part 1 and Part 3 with different deposition conditions, respectively. Amorphous Si is detected throughout fiber radius, while crystalline Si is only detected in the outer part. Thermal residual stress along fiber radius in the composite was calculated by using SiC TO band shifts with a bare fiber as reference. A cylindrical model was also used to compare with the stress data obtained from Raman shift. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

3-Dimensional thermal analysis of Yb-doped gain guided and index-antiguided fiber amplifier

In this paper, the thermal characteristics of gain-guided and index-antiguided (GG-IAG) fiber amplifier were investigated with a 3-D heat flow model, based on rate equations. From the simulation results, it is found that the longitudinal heat conduction has a very important influence on the GG-IAG fiber amplifier temperature distribution, and the GG-IAG fiber amplifier would be subjected to a more serious thermal problem. Finally, the influence of different pump directions, cooling methods, cladding radius and negative refractive index step on the temperature distribution has also been studied.     

圆芯边孔光纤的应力区和双折射

报道了圆芯边孔光纤(CSF)中应力分布和双折射的研究结果。用有限元法建立了求解圆芯边孔光纤横截面应力和双折射的计算模型,分析了圆芯边孔光纤横截面应力和应力双折射的分布形态,给出了详尽的物理解释。计算结果表明圆芯边孔光纤的横截面上出现应力分量的拉应力区和压应力区,应力区在纤芯附近对称分布,且不同应力区中应力双折射取向不同。应力分量和应力双折射在圆芯边孔光纤横截面上积分为零。圆芯边孔光纤的几何双折射随波长增加而增大,短波长处几何双折射为零,模式双折射等于应力双折射,随着波长增加,模式双折射逐渐偏离纤芯中心处应力双折射而靠近几何双折射,到长波长处模式双折射主要是几何双折射。对于不同材料组成和结构尺寸的圆芯边孔光纤,模式双折射的数值在10-5量级,随波长增加模式双折射先减小后增加。     

光子晶体光纤在熔接夹具中的受力分析

运用接触力学和圆环压溃强度理论对由V型槽固定的光子晶体光纤进行了受力分析。分别考虑了两种极限情况,以推导光纤中的应力分布。第一种情况假设光纤是完全由纯石英材料制成的内部均匀的实芯圆柱体;第二种情况是把光纤假设成一个空芯圆柱体。根据这两种极限情况推导出了光子晶体光纤受力后光纤内部的最大应力点位于平行于接触面的外层空气孔的附近。采用有限元方法验证了此结论,计算出了光子晶体光纤可能承受的最大压力,并给出了光子晶体光纤在V型槽中的应力分布和变形情况。     

高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究

 受激拉曼散射和热效应会限制光纤激光器功率的提高。利用高功率光纤激光器的速率方程和热传导方程，理论研究了双端泵浦和分布泵浦下双包层光纤激光器的受激拉曼散射和热效应，得到了光纤中的泵浦光、激光和斯托克斯光的功率分布，光纤激光器的输出特性以及光纤中的温度分布。分析表明，当泵浦功率增大到一定值时，光纤激光器中出现SRS，一部分激光功率会转移给斯托克斯光，影响激光功率进一步提高;与双端泵浦方式相比，分布泵浦下光纤激光器的斜率效率和最大输出功率相差不大，但是，光纤中的温度分布被有效地降低，因此，分布泵浦方式更为有效。     

荧光光纤光栅传感特性的实验研究

在载氢掺铒光纤上写入Bragg光纤光栅，得到新型光子学器件-荧光光纤光栅.分别对其Bragg波长（λB）及荧光寿命（τ）的温度（T）及应变（ε）响应特性进行了实验研究，并且给出了λB和τ分别关于（T，ε）的拟合方程.实验结果表明：荧光光纤光栅的λB对T和ε的响应具备一般Bragg光纤光栅的优良特性，测得温度灵敏度为11.1pm /℃，应变灵敏度为1.19pm/με；而且τ对T和ε的响应也具有良好的线性关系，温度灵敏度为0.59 μs/℃，应变灵敏度为6.16 ns/με.实验结论为解决温度应力交叉敏感、实现温度应力的同时监测提供一条新颖的途径.     

热激法光子晶体光纤光栅制备工艺中热传导特性研究

研究了基于结构性改变的光子晶体光纤光栅的热激法制备工艺,理论分析了此种工艺的成栅原理,采用热传导理论和有限元法研究了制备过程中光子晶体光纤中的温度场分布,以及包层空气孔结构和激光参数对成栅效果的影响.研究结果表明,利用光子晶体光纤包层空气孔周期性塌缩可以形成光栅;采用两点热激法时,能够实现能量在光纤径向均匀分布,轴向近似于高斯分布;包层气孔结构加速了成栅过程,相同光斑尺寸下,光纤塌缩所需激光功率随气孔层数和气孔半径的增大而减小;最后,对包层空气孔结构为1层到7层的光子晶体光纤热激过程进行仿真,得到了空气填 关键词： 光纤光栅 光子晶体光纤 热激法 有限元法     

锥形光纤模场直径极小值特征研究

模场直径是光纤波导基模的特征参量。单模光纤中的功率密度与模场直径成反比。随着光纤激光器单模输出功率的不断攀升,纤芯中的功率密度不断增加,过高的功率密度会使光纤波导产生光学损伤和热损伤。基于锥形光纤模场分布近似模型,研究发现不同参数的拉锥光纤模场直径最小值位置对应的归一化频点具有规律性。采用有限差分波束传播法（FD-BPM）对不同波长、不同数值孔径下纤芯直径和模场直径的对应关系进行模拟,结果表明:模场直径最小值位置在归一化频率1.8附近,与光纤参数和波长的选取没有直接关系。这个特征参数可为高功率激光在光纤中功率密度最大值位置的快速确定提供依据,也为光纤光学理论增加了新的内涵。     

Finite element analysis of the thermal residual stress distribution in the interphase of unidirectional fiber-reinforced resin matrix composites

By means of three-dimensional finite element method (FEM) which is based upon the micro-mechanical model of fiber-reinforced composites, this paper selects representative volume elements and studies the effect of the five factors, namely, cooling rate, matrix elasticity modulus, fiber elasticity modulus, interphase elasticity modulus and fiber volume fraction, on the interphase thermal residual stress and its distribution law in epoxy resin NPEF-170/unidirectional glass fiber composites. The results indicate that thermal residual stress is mainly distributed on the fiber and the matrix of neighboring interphase; the thermal residual stress on the fiber and the matrix declines as the distance to the interphase layer grows; and it tends to zero at the distance of 1.5 times the radius of the fiber away from the interphase. The increase in any of the four factors, namely, cooling rate, matrix elasticity modulus, fiber elasticity modulus, and fiber volume fraction would trigger the rise of thermal residual stress in epoxy resin NPEF-170/unidirectional glass fiber composites. The additional flexible interphase layer can eliminate and transfer thermal residual stress effectively, whose effectiveness mainly depends on the difference between interphase elasticity modulus and fiber elasticity modulus.     

高功率光子晶体光纤激光器实验研究

 从光纤热传导方程出发,研究了不同泵浦光吸收系数对光纤激光器沿光纤长度方向温度分布的影响。结果表明,低吸收系数光纤泵浦端温度相对较低,分布较为平缓,有效减缓光纤的热损伤。根据理论分析结果,实验中选择了吸收系数为1.45 dB/m的掺Yb³⁺双包层光子晶体光纤作为增益介质,在泵浦光功率为560 W时,获得了428.5 W的高功率单模连续输出,斜率效率为76.5%,光束质量因子M²<1.2。由于泵浦端光纤温度较高,实验中对光纤两端进行了主动冷却,并且在离光纤端面约25 cm处的光纤表面温度进行实时测量,结果发现随着泵浦光功率的增加,光纤表面温度均匀增长,最高温度为310 K,温度正常。     

光纤陀螺温度补偿方案研究

从理论上分析了光纤陀螺敏感环的热致非互易相位噪声,建立了光纤环温度分布模型。针对四种通常的光纤敏感环绕制方法（ＺＹＬ,ＳＹＭ,ＤＩＰ,ＱＵＡ）对于由外界环境温度变动所引起的光纤陀螺零位漂移进行了数值模拟与比较,并给出了对应于外界环境温度变化过程中的光纤陀螺零位漂移补偿方案。     

热极化保偏光纤构成的全光纤电光强度调制器

利用热极化熊猫保偏光纤器件和保偏光纤耦合器,构成Mach-Zehnder干涉仪结构,实验验证了一种新型的全光纤电光强度调制器.由于该光纤电光强度调制器是用全保偏光纤构成,解决了偏振衰减问题,因此获得了稳定的光强调制响应输出.     

新型1×4塑料光纤功率耦合器的研制

提出了一种新型的塑料光纤功率耦合器 ,该耦合器与传统的拉锥型和混合棒塑料光纤耦合器不同。理论分析了它的损耗特性。该耦合器基于塑料光纤本身的热特性 ,分别将塑料光纤进行拉锥和热缩构成耦合器的两端 ,结构简单 ,制作容易 ,实验结果表明其性能也可满足塑料光纤短距离通信网的要求