五角芯型保偏光子晶体光纤(Q-PM-PCF)的双折射

提出了一种内层空气孔环含有五个空气孔的新型高双折射光子晶体光纤结构;采用全矢量有限元法进行分析,研究了该光子晶体光纤两正交偏振模的有效折射率和双折射,分别给出了该五角芯型保偏光子晶体光纤双折射随输入光波长和大空气孔半径的变化曲线.分析结果表明:该五角芯型保偏光子晶体光纤的双折射很易达到i0-3量级甚至更高,比传统保偏光纤的双折射至少高出一个数量级,合理设计光纤结构参数,该保偏光纤的双折射在1550 nm处可以达到6.5×10-3以上,甚至更高,适合应用于偏振特性及稳定性要求都较高的实际光纤传感系统,例如光纤陀螺.     

光子晶体光纤陀螺光纤环偏振特性

光子晶体光纤陀螺技术是解决光纤陀螺空间辐照及热漂移问题的重要技术途径,其中光子晶体光纤环是影响光纤陀螺性能的关键。仿真分析了光子晶体光纤的双折射与结构设计的关系,并计算了光纤的双折射和光纤环绕制过程引入的附加双折射的温度灵敏度,利用白光干涉仪,对光子晶体光纤环和普通的保偏光纤环进行了对比测试分析。试验结果表明,光子晶体光纤环具有较低的偏振特性温度灵敏度,双折射温度系数比普通保偏光纤低接近1个量级,引起的陀螺偏振误差也比普通保偏光纤环小1倍左右。试验结果验证了理论分析的正确性。     

陀螺用超细径保偏光纤机械强度评估方法

针对陀螺应用场景下超细径保偏光纤机械强度评估需求，提出一种基于可拉伸骨架的超细径保偏光纤强度评估方法，超细径保偏光纤绕制于可拉伸骨架之上形成光纤环圈可模拟出成环应力过程，采用该光纤环圈构建光纤陀螺，环圈骨架内的压电堆栈可驱动骨架带动超细径保偏光纤周期性拉伸，对超细径保偏光纤起到应力激励施加效果可激发光纤疲劳以实现光纤强度快速评估与筛选，同时在超细径保偏光纤内形成相位调制功能以实现陀螺偏置调制，陀螺信号长期输出变化情况可表征超细径保偏光纤力学特性优劣。该方法能够体现出超细径保偏光纤成环应力施加的复杂性和陀螺应用光纤长期张紧、弯曲等条件下应力长期演变性，有助于陀螺用超细径保偏光纤强度评估与筛选。     

一种高精度光纤陀螺用光子晶体光纤设计

为了解决光子晶体光纤陀螺中高阶模致非互易性问题,设计了一种用于高精度光纤陀螺的单模保偏光子晶体光纤。为获得光纤结构参数最优区域,基于全矢量有限元方法开展了光子晶体光纤模场分布、双折射特性和限制损耗与三个重要结构参数(归一化频率、空气填充比、大孔直径)的依赖关系数值仿真分析。以传统熊猫型保偏光纤特性为参照,确定了光子晶体光纤结构参数最优区域。采用优化的光子晶体光纤绕制了1500 m环圈并装配于陀螺,对陀螺进行了相应测试。未采用温度补偿措施下,陀螺全温零偏稳定性优于0.008 (°)/h (100 s, 1σ),表明这种光子晶体光纤适用于高精度光纤陀螺。     

保偏光子晶体光纤的近圆形模场分布特性

在光纤陀螺中,由于保偏光纤的性能易受环境的影响,制约了光纤陀螺稳定性和精度的进一步提高。保偏光子晶体光纤的研究为光纤陀螺解决环境适应性问题提供了新思路,针对保偏光子晶体光纤与传统光纤的模场匹配问题,采用有限元方法,对保偏光子晶体光纤的保偏性能和模场分布特性进行了分析与研究。通过分析不同空气孔尺寸对保偏光子晶体光纤性能的影响,得到其保偏性能与模场分布特性存在相互制约性。提出了一种改善保偏光子晶体光纤模场分布的方法,并通过仿真分析验证了这一方法的可行性,这为光纤陀螺用光子晶体光纤的发展提供了借鉴。     

光纤陀螺抗辐照方案

为了提高光纤陀螺的抗辐照性能,满足空间应用的各种需要,对光纤陀螺光电器件进行了大量的辐射试验,尤其是对光纤陀螺的敏感器件-保偏光纤环进行了深入分析,采用光褪色心的方案,即向保偏光纤环中注入大功率激光,通过退色心的方法降低由于辐射而引起的光纤损耗的增加,从而增加了保偏光纤环的抗辐照性能。在此基础上,在光纤陀螺重量增加不大的前提下,提出了光纤陀螺主动抗辐射方案。试验表明该方案能够有效的提高光纤陀螺的抗辐射性能,能大大提高空间应用光纤陀螺的可靠性和使用寿命,能够起到抗辐照的作用。     

光谱带宽对单偏振光纤消光比的影响

消光比是表征单偏振光纤偏振性能好坏的特征参数之一,影响它的因素有很多,如光谱带宽。结合熊猫型单偏振光纤的测量,搭建了双轴光谱带宽测量系统,通过对单偏振光纤的光谱带宽、消光比参数的大量测量和分析,找到了光谱带宽对消光比参数影响的原因。结论是单偏振光纤的工作波长要远离光谱带宽的下限位置,即HE_(11y)模式的截止损耗峰,另外,要求HE_(11y)模式的截止损耗要陡峭,这样才能保证单偏振光纤具有高消光比特性。     

射电偏振仪PПy—1的结构及其工作原理

本文介绍了射电偏振仪ＰПｙ—１的结构及其工作原理。该仪器是利用发射偏振的超高频无线电磁波透射复合材料构件，对接收到的信号进行分析来确定构件在工作状态下的应力应变值。本文还通过测试实例说明了仪器的使用及各种参数的确定方法。     

射电偏振仪PIIY—1的结构及其工作原理

本文介绍了射电偏振仪ＰＩＩＹ－１的结构及其工作原理。该仪器是利用发射偏振的超高频无线电磁波透射复合材料的构件，对接收到的信号进行分析来确定构件在工作状态下的应力应变值。本文还通过测试实例说明了仪器的使用及各种参数的确定方法。     

量子纠缠光纤陀螺的态演变和偏振互易性分析

量子纠缠光纤陀螺仪利用非经典光量子态的光子纠缠特性，对载体角运动引起的Sagnac相移进行超高灵敏度测量。Fink团队在2019年最早报道了基于共线型正交偏振纠缠光子对的量子纠缠光纤陀螺仪，得到突破散粒噪声极限的实验测量结果，但并未给出光量子态经历光纤陀螺各环节的具体演变过程。因此，针对Fink的光路结构，首次对量子纠缠光纤陀螺仪中量子态及算符的动力学演变以及相位检测灵敏度进行了理论分析，证实该光路结构基本上可达到2002态量子纠缠光纤陀螺仪的海森堡极限，同时研究发现，Fink的光路结构由于感生双折射引起的相位误差寄生在Sagnac相移中，实际上是一种偏振非互易性光路结构，会严重削弱相位检测灵敏度。基于此，设计了一种具有偏振互易性的量子纠缠光纤陀螺仪光路结构，光子源为非共线型自发参量向下转换（SPDC）产生的正交偏振纠缠光子对，线圈中的光量子态为■，理论研究证明，该结构不存在任何偏振非互易性相位误差。     

空心金属光纤导引原子和Monte-Carlo模拟

在空心金属光纤,首先计算了TE01模的电磁场分布和光强分布。其次以~(85)Rb原子为例,计算了TE01模和~(85)Rb原子相互作用的光学势。研究表明,TE01模在空心金属光纤中集中分布在空心区,沿光纤截面呈环状分布。最后采用Monte-Carlo方法,分别模拟了原子在直空心金属光纤和弯曲空心金属光纤中的直导引效率和弯曲导引效率,相比直导引方案,弯曲导引方案效率明显偏低。空心金属光纤原子导引不仅可用于原子干涉仪研究,采用环形空心金属光纤的原子导引还可用于角速度测量研究。     

基于FPGA的数字闭环光纤陀螺研究

着重对全数字闭环光纤陀螺的信号处理方法进行了详细的分析，指出了闭环控制系数A和K对闭环控制的影响，同时研究了基于FPGA的数字闭环控制系统实现方法以及利用VHDL语言进行FPGA软件设计的优点，并给出了基于FPGA设计的光纤陀螺的实验结果。     

绞合式光纤应变传感器

研究了一种可用于工程结构状态监测的本征型强度调制光纤应变传感器,由两根以上多模光纤相互绞合形成,分析了该传感器的应变传感原理,得到其既能测量拉应变,又有测定压应变的结论,传感器对应变的响应具有良好的线性和重复性、灵敏度高、无迟滞现象,对钢筋拉应变、混凝土压就矿业的实验结果与理论分析一致,表明该传感器是适合土木工程测量、结构状态监测等方面的较为理想的光纤传感器。     

干涉型光纤陀螺中的偏振光干涉

针对采用质子交换式波导和全保偏光路的光纤陀螺,利用双波束干涉法将光纤环圈中存在的与偏振模式相关的干涉场进行了分析,推导出每种干涉场对主干涉波的幅度及相位扰动的表达式。在此基础上分析了一些关键参数对陀螺偏振噪声的影响,提出抑制光路中寄生偏振干涉场的建议。     

干涉型光纤应变测试方法的感应光纤

本文讨论了干涉型光纤应变测试方法中感应光纤的基本测量原理，对直线形和圆弧形栅状感应光纤进行了分析，同时介绍了直线形栅状感应光纤的制作方法。利用马赫－泽德干涉光纤应变测试系统和直线形栅状感应光纤测量了等强度悬臂梁的应变，测试结果与理论应变值进行了比较，相对误差为１．６７％。     

光导纤维在近代光力学中应用的综述

本文综述了国内外光导纤维在全息干涉、散斑计量及云纹法中应用的历史和现状。光纤不仅可以作为柔性传光元件应用于近代光测力学,还可以用多模传象束传送物光波前,从而使得测量远方的或特殊环境下构件的位移场、应变场成为可能。     

Optical fiber instability during coating process

In the present work, we study the stability of a system designed for the coating of optical fiber. This is achieved by studying the stability of the flowing resin in the die while coupled with a viscoelastic optical fiber. We develop a numerical code based on a sixth-order compact finite-difference method in order to solve the two-dimensional Navier–Stokes equations. We show that there is a bifurcation flow for a given value of the Reynolds number, wherever the vibration of the optical fiber has been experimentally observed. The stability of the resulting flow, coupled with a nonrigid optical fiber, is considered. Two-dimensional and three-dimensional stability analyses were made. The system was found to be subjected to two kinds of instability induced by two distinguishable groups of modes. For an optical fiber with a small radius, we assume that the preceding vibration may not be the only cause of the irregularity in the coating thickness. Therefore, a model taking into account the deformation of the liquid resin surface, under the action of the surface-tension forces, before resin solidification, and after leaving the die, is proposed. This model assumes that the liquid layer is subjected to surface-tension and gravity forces. It was found that the dynamic equation depends on two dimensionless parameters. It is found that the surface of the fiber has a wavy form. The length of the wave depends on the two dimensionless parameters. Our work shows qualitative agreement with the experimental results without adjusting arbitrary constants.     

Development of an Optical System for Simultaneous Ultrasonic Wave Propagation Imaging at Multi-points

This paper introduces the development of an optical system for simultaneous ultrasonic propagation imaging at multi-points. For the system, fiber acoustic wave grating sensors (FAWGSs) and a Q-switched pulsed laser (QPL) mirror scanner are utilized for simultaneous multipoint sensing and remote scanning ultrasonic generation, respectively. The structural strain-free FAWGS based on a fiber Bragg grating allows simultaneous multipoint acoustic emission (AE) sensing. A structure in which the FAWGSs are deployed can sense external ultrasonic stimulus. Consequently, the structure with the integrated FAWGSs cannot only detect damage event under the passive AE technique, but can also evaluate the damage under the active scheme of ultrasonic transmission and reception. The feasibility of the simultaneous multipoint ultrasonic sensing system based on the FAWGSs as built-in sensors is studied with ultrasound transmitted by a piezoelectric transducer and a QPL. Then the QPL ultrasonic generator is modified into a QPL mirror scanner for laser beam scanning and finally an optical UPI system is integrated. The ultrasonic wave propagation movie (UWPM) obtained by the optical UPI system visualizes impact damage on a carbon-fiber reinforced composite.     

Circumferential strain measurement for a concrete cylinder in uniaxial compression by a fiber optic sensor

This paper deals with circumferential strain measurement for concrete in uniaxial compression by using a fiber optic sensing system. A fiber optic sensing system was employed to measure the elongation of the optical fiber for a cylindrical concrete specimen in uniaxial compression by using white light interferometry. A theoretical model describing the relationship between the elongation of the fiber glass and the circumferential strain of cylindrical concrete specimen in uniaxial compression is proposed. Some tests were performed to verify the measurement method. The results indicate that the proposed method is valid.     

热和机械载荷共同作用下涂层特性对埋入式光纤传感器性能的影响

研究在热载及拉伸共同作用下，光纤传感器涂层的材料特性和厚度变化对光纤－涂层－基体基体性能的影响，分析表明在埋入式光纤附近的应力集中涂层的特性有关。在热应力和机械应力共同作用下，对于给定的基体材料和裸光纤，存在可减少基体，涂层与裸光纤之间或裸光纤中应力集中的涂层性能和尺寸的最优组合。