基于少模光纤的全光纤熔融模式选择耦合器的设计及实验研究

提出了三种基于少模光纤的全光纤熔融模式选择耦合器. 根据模式匹配原理采用单模光纤与少模光纤熔融连接方式, 运用耦合模理论及光束传播法模拟分析了模式选择耦合器的结构参数对模式选择及耦合特性的影响, 实现了单模光纤中基模到少模光纤中不同阶模式的转换, 以满足不同的应用需求. 实验上以2× 2熔融光纤耦合器为例, 采用对称和非对称熔融拉锥方式, 分别实现了从基模到LP₁₁, LP₂₁模式的转换. 实验结果表明所得到的LP₁₁, LP₂₁模式在1530–1560 nm的波长带宽范围内均有较高的模式纯净度, 且模式耦合效率高于80%, 与理论模拟结果基本一致.     

基于阿秒抖动光纤锁模激光器的时钟同步

光纤锁模激光器结构简单, 运转稳定, 且输出的超短脉冲序列具有极高的时钟稳定性, 在抽运探测、脉冲相干合成等要求高精度时钟同步的前沿领域有着广阔的应用前景. 本文通过激光器腔内的电光调制器进行反馈控制, 实现了两台光纤锁模激光器之间的紧密时钟信号同步; 并且通过平衡光学互相关方法, 对残余的时钟误差信号进行了测量, 分辨率达到了13 as. 通过优化激光器的腔内动力学过程及反馈环路的参数, 在[1 Hz, 10 MHz]的积分区间内得到了109 as的残余时钟误差, 对应单台激光器的平均时间抖动为77 as.     

大直径光纤端帽的制作与熔接

为了避免高功率光纤激光器输出的激光对双包层光纤端面造成损伤,设计并制作了光纤端帽。使用新型CO2激光器光纤熔接机完成了双包层光纤与端帽的熔接,研究了双包层光纤与端帽熔接的相关工艺与方法。利用高功率连续激光对端帽的性能进行了测试,实验结果表明,熔接有光纤端帽的双包层光纤可以承受507 W连续激光的输出并且没有发生损伤。熔接有端帽的光纤激光器的斜率效率为64.05%,光束质量与未熔接有端帽时相同。     

室温条件下掺铥光纤放大器中光波群速减慢的研究

从掺铥离子光纤的速率方程和传输方程出发,建立了掺铥离子光纤放大器中光速减慢的理论模型,分析并讨论了介质的增益与泵浦光功率之间的关系。当掺铥离子光纤处于吸收区域时,粒子布居振荡导致光脉冲经历了饱和吸收过程,此时光脉冲传输延迟;当掺铥离子光纤处于增益区域时,粒子布居振荡导致光脉冲经历了增益饱和过程,此时脉冲传输超前。依据该理论模型进行了理论仿真计算,同时进行了室温条件下掺铥离子光纤中光波群速减慢传输的研究。     

基于U型弯曲光纤模间干涉的折射率传感

研究了去包层U型弯曲光纤的折射率传感特性.首先根据模间干涉理论,分析了U型光纤传感器的传感原理,指出干涉谱损耗峰波长与环境折射率和弯曲半径有关.利用单模光纤(SM-28)实验制作不同曲率半径的U型光纤传感器,把传感器的U型部分浸入不同折射率的液体中,研究其折射率传感特性.当U型光纤曲率半径为2.5~5.0mm时,传输光谱中均能观察到明显的模间干涉现象;当液体折射率从1.30RIU变到1.43RIU时,光谱损耗峰波长发生红移,且弯曲半径越大,折射率传感灵敏度越高;在曲率半径为5mm时灵敏度为207nm/RIU(折射率1.30~1.40RIU)和1 220nm/RIU(折射率1.40~1.42RIU).干涉峰的波形参量(半高宽、对比度)决定于包层模和纤芯导模之间的比例,当曲率半径为4mm时,损耗峰半高宽最小达3.2nm.综合半高宽和灵敏度两个参量,得出曲率半径4.5mm的U型光纤传感器品质因素最高,分别为43.1RIU-1(折射率1.30~1.40RIU)和191.2RIU-1(折射率1.40~1.42RIU),可直接由SM-28单模光纤制成,且制作工艺简单、成本低、机械强度高不需要任何特殊处理,具有很好的应用前景.     

多模光纤不同模式布里渊散射参数

基于射线光学和波动光学理论分析了多模光纤的布里渊散射特性,提出了确定布里渊散射角取值范围的方法;推导了阶跃型和渐变型多模光纤不同模式群布里渊频移、线宽、散射谱和散射功率的表达式.结果表明,阶跃型和渐变型多模光纤布里渊散射角的最大取值范围为全反射临界角的2倍到π;阶跃型光纤的布里渊频移、线宽、归一化峰值增益和散射功率随模式群的变化比渐变型光纤缓慢,且随着模式群编号的增加,阶跃型光纤的上述参量分别在11.084~10.932GHz、21.760~21.168 MHz、1~0.933和1.990×10-9~1.857×10-9 W范围内呈曲线下降;渐变型光纤的上述参量分别在11.064~10.969GHz、21.683~21.314MHz、1~0.957和2.052×10-9~1.965×10-9 W范围内呈直线下降.     

各向同性光纤中拉曼增益对光脉冲自陡峭的影响

运用数学解析法导出了关于拉曼增益与自陡峭综合效应的光脉冲传输方程,在此基础上引入洛伦兹模型将拉曼增益整合到非线性系数中来研究光脉冲中拉曼增益对自陡峭效应的作用,重点分析了高斯脉冲在各向同性光纤中传播时,拉曼增益对其自陡峭效应具体影响方式,结果表明拉曼增益会减弱自陡峭中后沿偏移程度,减小脉冲展宽,但不会影响其峰值大小.     

A Facile Method to Prepare Double‐Layer Isoporous Hollow Fiber Membrane by In Situ Hydrogen Bond Formation in the Spinning Line

A double‐layer hollow fiber is fabricated where an isoporous surface of polystyrene‐block‐poly(4‐vinylpyridine) is fixed on a support layer by co‐extrusion. Due to the sulfonation of the support layer material, delamination of the two layers is suppressed without increasing the number of subsequent processing steps for isoporous composite membrane formation. Electron microscope‐energy‐dispersive X‐ray spectroscopy images unveil the existence of a high sulfur concentration in the interfacial region by which in‐process H‐bond formation between the layers is evidenced. For the very first time, our study reports a facile method to fabricate a sturdy isoporous double‐layer hollow fiber.

     

裂纹端部细短纤维的应力分析

基于裂纹端部存在与其裂纹面相垂直的二相细短纤维分析模型，采用叠加原理推导了求解纤维表面应力分布函数的积分方程，通过简化得到了该方程的解析表达显式，该积分方程的特征值方程是纤维几何参数，材料常数以及纤维相对于裂纹位置的相关函数，当材料参数不满足特征方程时，积分方程将具有唯一解；并借助数值方法，给出了纤维剪应力分布算例，和纤维对应力强度因子的影响。     

低温环境下光纤位移传感器测试系统的实验研究

作者进行了光纤位移传感器在低温环境下的实验研究，分析了传感器的原理，测试了其室温、液氮温度下的静态传输特性，并进行了标定。实验时采取的参考光强度补偿的措施，消除了光源、光纤衰减等波动对测试结果的影响。利用本传感器系统测试了19芯纯Ag包套的高温超导带材Bi222在液氮温度下的应力－应变关系，以及应力－临界电流之间的关系，结果与理论分析相一致。实验结果表明，该传感器可以在液氮温度下正常工作，且具有测量范围大、测试精度高等优点，同时还克服了低温应变片仅能测试出复合材料基体或者包套应变的缺点。