塑料光纤纤端光场测试结果及分析

对纤端光场进行了理论分析,分别利用塑料光纤和多模光纤作为接收光纤对塑料光纤的出射纤端光场进行了测量,并与理论分析结果进行了比较,给出了合理的调和参数.传输距离较长的塑料光纤由于高阶模的泄漏,纤端光场分布非常接近高斯分布.实验结果表明了理论分析结果和调和参数选择的合理性.     

光纤耦合LD输出光场特性研究

根据光纤传输的模式理论,分析了单芯光纤输出端面的光场分布.利用单模光纤测量了纤端光场的强度分布,拟合了光纤输出端面光强分布的近似表达式.根据此数值计算和实验测量了多芯光纤输出端面的强度分布,结果基本吻合.表明光纤出射端面的光强分布应是介于高斯分布和几何分布之间的一种准高斯分布.     

四芯光纤的远场干涉特性研究

设计了芯间距较小的特殊结构四芯光纤,可用于生成格子光场或用于制作光纤传感器.研究了在采用相干长度较短的LD光源的情况下,经过一段既弯曲又扭转的四芯光纤远程传输后的纤端光场干涉特性.基于叠加原理,出射光场可视为每个独立纤芯的多光源相干叠加和圆孔衍射调制共同作用的结果,推导了相应的理论公式,给出了四芯光纤远场干涉的理论与实验相一致的结果.对光纤弯曲所导致的光程差累积和偏振态衰变效应进行了分析和讨论,并给出了相应的实验结果.     

四芯光纤弯曲传感器

提出了一种新颖的基于四芯光纤的弯曲传感器,可用于弯曲测量。该传感器采用一段四芯光纤作为敏感单元,四芯光纤的四个纤芯作为一个四光束干涉仪,在光纤出射端远场形成周期分布的干涉格子。该四光束干涉仪的干涉相位差是光纤弯曲曲率半径的函数,因而,弯曲曲率半径的变化可导致格子光场的移动。波长为650 nm的低相干半导体激光二级管被用来做为光源,所形成的干涉格子光场由CCD探测器记录。理论上,建立了远场格子图案强度分布函数与曲率半径的关系,并得到了实验的验证。     

面向光纤通信多维复用的光场调控与传输技术

复杂光场通常是指相位、振幅和偏振等具有特殊分布的结构光场,包括以轨道角动量模式为代表的涡旋光场和以偏振态非均匀分布的矢量光场。利用复杂光场构建多维复用光纤通信系统已成为空分复用光通信技术的研究热点。介绍了通过光纤实现复杂光场产生、调控、传输的方法;简述了新型环形纤芯光纤在低复杂度、短距模式复用光纤通信系统中的应用;介绍了基于Q玻片的短距直接检测矢量模式复用光纤通信系统实验;简要分析了光纤光栅耦合模式转换法,以及利用少模光纤实现一阶和二阶轨道角动量模式的产生方案;同时介绍了利用一维和二维周期渐变相位光栅测量涡旋光场特性的技术方案。光纤损耗和模式串扰是限制基于复杂光场的模式复用光纤通信系统性能的关键因素;基于光纤产生和调控高阶复杂光场仍然具有很大的挑战性。复杂光场模式复用技术作为一种基于光纤本征模式的复用技术,与其相关的研究在未来超大容量模式复用光纤通信系统中具有重要的研究意义和潜在的应用价值。     

锥形透镜光纤与平面光波光路芯片的耦合实验

对锥形透镜光纤（TLF）与半导体多量子阱（MQW）平面光波光路（PLC）芯片的耦合特性进行了实验研究.数值模拟了TLF、普通单模光纤（SMF）分别和PLC芯片脊波导的耦合情形，发现TLF-PLC耦合损耗比SMF-PLC耦合损耗小3.01 dB.测得了TLF的出射光场光斑，分析了出射光场发散范围.建立光纤-PLC芯片耦合实验系统，用放大自发辐射（ASE）宽带光源在1550 nm波长处对比分析了PLC芯片与不同光纤的耦合连接损耗，从而确证最佳方案为TLF-PLC-SMF：即TLF作为入纤，SMF作为出纤时，耦合对准容易实现，损耗为10.798 dB，比TLF-PLC-TLF耦合损耗小4.458 dB.     

用于面形测量的光纤投影器相移和频移特性

提出了一种光纤投影器产生相移和频移的方法,给出了光纤投影器相移和频移特性的理论与实验相一致的结果。光纤投影器利用双光束干涉产生正弦调制的结构光场,通过在一路光中引入压电陶瓷PZT,调节PZT的驱动电压来改变双光纤中光波的光程差,从而使干涉条纹产生相移,得到相移随驱动电压的变化曲线;频移是采用移动光纤投影器到接收屏距离的方法来改变干涉光场的空间频率,给出了变频条纹的傅里叶频谱,得到干涉光场的相对空间频率,将其与理论值相比较,给出二者之间的线性关系曲线,从而证明了干涉光场相对空间频率与投影器到接收屏距离成反比的关系。     

两种单光纤光镊捕获效果的数值仿真与实验研究

采用一种基于时域有限差分(FDTD)的数值算法,仿真计算了抛物线形和大锥角形两种新型单光纤光镊的出射光场,并在稳态场下通过对麦克斯韦应力张量积分求得介质球在两种光场中受到的光阱力,得到大锥角型光纤端产生的光阱力较大的结论;讨论了不同介质球大小、折射率,光纤探针形状对光阱力的影响.在实验中这两种光纤探针都实现了对水中酵母菌细胞的捕获,且采用流体力学法对抛物线形和大锥角形二种新型单光纤光镊产生的光阱力进行了标定.结果表明:基于FDTD数值仿真方法计算受力与实验结果一致,并且这种计算光纤光镊产生的光阱力的方法简单.适用;且抛物线形和大锥角形光纤探头都具备构成单光纤光镊的条件.     

光纤布拉格光栅嵌入SMS光纤结构的湿度传感器

提出了一种基于光纤布拉格光栅嵌入单模-多模纤芯-单模(single-mode-multimode fiber core-single mode, SMS)光纤结构的湿度传感器。当环境湿度变化时,SMS光纤结构的干涉光谱会发生漂移,而光纤布拉格光栅对湿度不敏感,其纤芯基模保持不变。因此利用SMS光纤结构对环境湿度的敏感性去调制光纤布拉格光栅纤芯基模,通过检测光纤布拉格光栅纤芯基模的反射能量变化就可以实现湿度测量。数值模拟了SMS光纤结构的内部光场分布规律,理论计算了不同环境折射率时,多模纤芯的长度、直径对SMS光纤结构输出能量耦合系数的影响。理论模拟表明,随着环境折射率变化,SMS光纤结构中传输的纤芯基模的输出能量耦合系数会发生变化。同时制作了传感器样品并对其进行了传感实验研究,实验结果表明多模纤芯长35 mm、纤芯直径为85 μm的传感器在45%～95%RH湿度变化范围内,湿度灵敏度为0.06 dBm·(%RH)-1。在20～80 ℃温度范围内,传感器的温度灵敏度为0.008 nm·℃-1,温度所带来的湿度测量误差为0.047%RH·℃-1。传感器具有制作简单、灵敏度高、反射式能量检测等优点,在湿度测量领域有一定的应用价值。     

光纤耦合激光束输出光空间分布及其影响因素分析

通过分析光纤出射端面的光强分布,研究了光纤传输过程中激光二极管出射光束进入光纤时的指向角对出射端面光场分布的影响.提出一种影响光纤输出端光场的新因素,对数值孔径和光纤芯径两个影响因素进行了补充.在光纤传输过程中,将激光二极管出射的光束等效为大量光线,在二极管输出光的位置以及空间分布确定的情况下,使用光线追迹方法依次分析...     

光源谱宽对法布里-珀罗干涉式光纤传感器工作灵敏度的影响

对干涉式光纤传感器来说,光源的谱宽直接影响着传感器的工作特性。从法布里—珀罗干涉式光纤传感器出发,推导其灵敏度的理论表达式,并用MathCAD软件进行了数学分析。讨论了光源谱宽对传感器灵敏度的影响。介绍了具有温度反馈功能的法布里—珀罗光纤干涉实验系统,给出了用该实验系统拍摄的谐振曲线照片。从该系统进行的两个重要的实验(不同干涉腔长的灵敏度对比实验和不同干涉长度的光源实验)表明,法布里—珀罗干涉式光纤传感器的灵敏度与光源谱宽的理论表达式是正确的,理沦公式与实验结论能很好地吻合。最后指出了该方法可以用于分析其他类型的干涉式光纤传感器的灵敏度问题,为光源的选择提供了参考。     

光纤Fabry-Perot谐振腔的精细度对相位灵敏度的影响

分析了光纤Fabry-Perot谐振腔的工作原理及其工作点的选择问题，推导了谐振腔的光学相位灵敏度与精细度的关系，给出了理论公式及曲线，并与光纤Math-Zehnder干涉进行了对比，指出了在相位灵敏度上两者的巨大差距，证明了光纤Fabry-Perot干涉的独特优点.介绍了光纤Fabry-Perot干涉的实验系统，提出了检测及计算Fabry-Perot谐振腔有效精细度的方法，实验结果与理论仿真基本吻合.     

偏振模耦合分布式光纤传感器空间分辨率研究

分析了偏振模耦合原理的分布式光纤传感器的自相干与互相干光；实验测量的干涉光证明了理论分析是正确的；利用偏振模耦合原理传感与白光干涉检测的分布式光纤传感器的空间分辨率是由光纤偏振色散系数与光源的谱宽决定的；由实验测量的偏振模耦合分布式光纤传感器的空间分辨率为6cm. 关键词： 光纤传感器 保偏光纤 空间分辨率 偏振模耦合     

双涂层光纤应变传感器的理论与实验研究

对带有聚合物涂敷层和缓冲层的光纤应变传感器的力学特性进行了研究,建立了双涂层光纤与基体材料相互作用的线弹性理论模型.理论研究表明：在小半径近似条件下,双涂层光纤的力学传递特性决定于涂覆层和缓冲层的弹性模量的相对值;当缓冲层的弹性模量远大于涂覆层时,其作用可忽略.实验中,将光纤传感器埋入基体材料内部,利用白光干涉应变测量方法,对平均应变传递系数进行了实验研究.实验结果与理论仿真具有较好的一致性.     

Long-gauge length embedded fiber optic ultrasonic sensor for large-scale concrete structures

A fiber optic ultrasonic sensor based on Fizeau interferometer has been developed and demonstrated. A helium–neon laser light source with wavelength 0.6328 μm is used in our experiment. A special feature is its Fizeau configuration, which enables one to eliminate much undesirable noise by combining both the reference arm and the sensing arm within the same length of fiber. The dynamic response model of photo-elastic effect of ultrasonic wave and optical fiber is established. The fiber optic ultrasonic sensor experimental results are obtained and compared with the convenient PZT transducer.     

偏光干涉对光纤陀螺性能的影响

从光纤陀螺光学系统缺陷角度,研究了由于光纤陀螺保偏光纤融接误差及光学器件的不完善引起的偏光干涉效应,理论分析并实验研究了偏光干涉效应对传输光谱的影响及其对光纤陀螺性能的影响。研究表明,在当前的技术条件下,偏光干涉效应对光纤陀螺的标度因数影响可以忽略,偏光干涉不影响一般意义下的光源相干长度,但是却导致光源相干特性的变化,反应在相干图上出现了多个干涉衬比度峰值,这会降低宽谱光源的短相干长度特性给光纤陀螺带来的好处,由此也说明不能仅由相干长度这一个参量描述光源的相干特性。     

Modeling and simulation of polarization errors in Sagnac fiber optic current sensor

Sagnac fiber optic current sensor (S-FOCS) is a kind of optical interferometer based on Sagnac structure, optical polarization states of sensing light wave in Sagnac fiber optic current sensor are limited. However, several factors induce optical polarization error, and non-ideal polarized light waves cause the interference signal crosstalk in sensor, including polarizer, quarter-wave retarder, splice angular, birefringence and so on. With these errors, linearly polarized light wave in PM fiber and circularly polarized light wave in sensing fiber become elliptically polarized light wave, then, nonreciprocal phase shift induced by magnetic field of the current is interrupted by wrong polarization state. To clarify characteristics of optical polarization error in fiber optic current sensor, we analyze the evolution process of random optical polarization state, linear optical polarization state and circular optical polarization state in Sagnac fiber optic current sensor by using Poincare sphere, then, build optical polarization error models by using Jones matrix. Based on models of polarization state in Sagnac fiber optic current sensor, we investigate the influence of several main error factors on optical polarization error characteristics theoretically, including extinction ratio in polarizer, phase delay in quarter-wave retarder, splice angular between quarter-wave retarder and polarization maintaining fiber. Finally, we simulate and quantify nonreciprocal phase shift to be detected in fiber optic current sensor related with optical polarization errors. In the end, we demonstrate S-FOCS in test. The results show that transfer matrix errors are induced by inaccurate polarization properties during polarization state conversion, then, the stability and accuracy of the S-FOCS are affected, and it is important to control the polarization properties at each step of the polarization state conversion precisely.     

谐振腔光纤陀螺光纤谐振环特性研究

对有限光源线宽情况下反射式光纤谐振环的响应特性进行了研究,得到了光纤谐振环各谐振特性参量的表示式.分析了特性参量与光源线宽和耦合器特性的关系,结合对方波调制谐振腔光纤陀螺极限灵敏度的分析,给出了设计高灵敏度谐振腔光纤陀螺光纤谐振环的要求和原则.进行了谐振腔光纤陀螺用光纤谐振环的实验研究,制作了适用于谐振腔光纤陀螺的高精细度和高谐振深度光纤谐振环.     

用面阵CCD模拟测定星光漂移的方案研究

在LAMOST焦面光纤定位系统预研中 ,在焦面板上采用面阵CCD跟踪测量亮星的位置及其漂移 ,以对焦面板进行定位。在实验室条件下 ,用光纤出射光斑代替星光 ,即在光纤一端耦合进光 ,并在另一端用面阵CCD接收光斑 ,以模拟实际中接收星光情况。并利用重心法和图像迭加技术对采集的光斑信号进行处理。结果表明 :用面阵CCD测量星光位置及其漂移具有重复精度高 ,稳定性好的特点 ,且通过图像迭加处理 ,可提高星光信号的信噪比。     

光纤环相干性分析

运用部分相干光理论,得到了光纤环自相关函数,并利用自相关函数推导出了光谱透射因子,它把光纤环输入、输出光场的光谱密度函数直接联系起来,代表了光纤环的相干性.应用光谱透过因子,结合光纤环耦合输出系数、光学长度、损耗分析讨论了光纤环相干性.