基于PDMS的光纤端面微纳结构转移法

微纳光纤传感器将微纳加工与光纤传感技术有机结合,具有重大的科研意义和产业化潜力。现有加工方法无法达到任意复杂三维结构可制备化,从而限制了微纳光纤传感器的发展。介绍了一种新型微纳加工方法,该方法在聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜上实现微纳结构的制备,之后将薄膜连同微纳结构一同转移到光纤端面,在光纤端面实现人为定义三维立体微纳结构。通过在扫描电镜下对制备的样品进行检测,确认PDMS薄膜及其上三维结构可被无损转移至光纤端面。该方法具有易制备、低成本且可加工三维微纳结构的特点。     

光纤端面反射对高功率光纤放大器特性的影响

 从光纤端面研抛工艺的技术特点出发,计算了端面倾角和反射率的关系,估算了斜面研抛后端面反射率的大小。在掺Yb³⁺双包层光纤放大器理论模型的基础上,数值模拟了常规研抛角度误差造成的端面反射率对放大器输出特性的影响。计算结果表明：端面反射导致系统内出现严重放大的自发辐射和自激现象,减小光纤两个端面的反射率是最有效的抑制方法,同时,增大入射信号激光功率也可以抑制自激,提高输出信号光功率和信噪比。     

熔锥型微纳光纤耦合器的理论与实验研究

针对熔融拉锥系统制得的熔锥型微纳光纤耦合器,选择适当的连续函数描述其光场分布,采用归一化的三角分布和矩形分布的加权叠加,以及高斯分布和三角分布的加权叠加实现了模场沿耦合器区域的连续变化;利用局部模式耦合理论推导出腰区及腰区附近锥形区的耦合系数计算公式,并得到微纳光纤耦合器输出光功率随拉伸长度的变化曲线.计算结果表明,随着拉伸长度的增加,光能量在两臂中来回交替耦合的程度变小并且呈现包络样,直至腰区耦合功能消失.通过实时监测拉制微纳光纤耦合器的输出光功率,得到火焰扫描宽度以及氢气流量对双纤失去耦合效应拉伸长度的影响:火焰扫描宽度(均匀腰区)越宽,拉伸长度临界值越大;氢气流量(熔融度)越大,拉伸长度临界值越小.实验结果显示,当光纤耦合器腰区直径达到1.6μm时,耦合功能消失,两输出端口光功率相同且恒定,微纳光纤耦合器具备稳定的光学传输特性.     

微纳光纤布拉格光栅折射率传感特性研究

利用光纤布拉格光栅方程和光纤基模有效折射率随纤芯半径和环境折射率的函数关系, 建立了微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)反射波长随环境折射率变化的数学模型, 给出了波长灵敏度函数, 并指出MNFBG反射波长的变化规律决定于有效折射率随纤芯半径和环境折射率变化的关系. 详细探究了有效折射率及其灵敏度的变化规律, 结果表明: 有效折射率随纤芯半径和环境折射率的减小而非线性减小, 其对环境折射率变化的灵敏度随环境折射率的增大而非线性增加, 而且随纤芯半径减小, 有效折射率的灵敏度、线性度以及线性响应范围均呈递增规律. 通过对纤芯半径为0.5 μm的MNFBG在1.20–1.30和1.33–1.43 环境折射率范围内的波长响应关系拟合, 分别获得了477.33 nm/RIU和856.30 nm/RIU的波长灵敏度以及99.58 %和99.7%的高线性度, 论证了分析结论以及折射率区间划分测量方案的正确性, 为MNFBG折射率传感器的设计、优化以及应用提供了参考依据. 关键词： 微纳光纤 光纤布拉格光栅 折射率传感 数值模拟     

一种聚苯胺膜微纳光纤氢离子浓度探针

提出了一种聚苯胺膜微纳光纤液体氢离子浓度探针,并研究了该光纤探针的氢离子浓度传感特性.传感部分由单模光纤-小芯径光纤-单模光纤对芯熔接而成,聚苯胺材料作为敏感膜涂覆于小芯径光纤.首先,对光纤探针传感原理和聚苯胺主链结构变化机理进行理论分析;然后,通过氢离子浓度传感实验进行验证并分析不同膜厚对光纤探针传感特性的影响;最后...     

微纳光纤及其应用

微纳光纤是一种直径接近或小于传输光波长的波导,由物理拉伸方法制得,具有表面光滑、直径均匀性好、机械性能高、强光场约束、强倏逝场、表面场增强效应及反常波导色散等特性,在光通信、激光、传感检测、非线性光学、量子光学等领域具有重要的应用前景。     

光纤端面的质量与光纤光学性能的关系

光纤的透过性能是光纤传输的重要特性之一。影响光纤透过性能的因素除了纤芯、包层玻璃的质量和几何缺陷以外,还与光纤端面的质量有关。在光纤的加工过程中,光纤端面的平整度、磨料的使用等都会影响端面的质量。讨论了影响光纤透过性能的因素;光纤端面的反射损失对透光性能的影响;增透膜对光纤端面反射的控制;加工后光纤端面的几何形状对透过性能的影响;加工后纤维端面折射率的变化情况;抛光液酸碱性的控制;抛光后光纤端面的处理。通过对光纤端面进行加工过程的控制和对光纤端面进行涂层的处理可改善光纤的透光性能。     

微纳光纤直径精细控制技术

为实时监测高通量激光系统中洁净情况,提出了基于微纳光纤的微量污染物传感技术。为消除微纳光纤外形结构误差对测试结果影响,首先理论研究了微纳光纤拉制过程,得到了加热长度和拉伸长度误差和引入微纳光纤外形结构偏差的关系,接着通过理论仿真得到了不同拉制参数条件下,微纳光纤外形结构误差情况,并得到了拉制长度为10 mm、直径为1.5 μm的最优制备参数,最后通过实测微纳光纤外形结构验证了理论仿真结果。实验结果表明,通过优化微纳光纤拉制参数可实现其外形结构的精细控制,为微纳光纤用于微量污染物传感工程实用化奠定基础。     

微纳尺度光纤布拉格光栅折射率传感的理论研究

亚波长直径微纳光纤强倏逝场传输的光学特性,使其对周围介质折射率的变化具有极高的灵敏度.本文提出一种基于微纳尺度光纤布拉格光栅(MNFBG)的折射率传感器,结合微纳光纤倏逝场传输和光纤布拉格光栅(FBG)强波长选择的特性来实现高精度折射率传感,对其制备可行性进行了讨论.论文中对MNFBG折射率传感机理进行了深入的理论分析,并使用OptiGrating软件进行了数值模拟,模拟数据显示MNFBG折射率测量的灵敏度随着光纤半径的减小而增加,其中光纤半径为400 nm的MNFBG灵敏度可达到993 nm/RIU,相比于包层蚀刻的FBG灵敏度增加了170倍,说明MNFBG对发展微型化、高灵敏度折射率传感器具有良好的应用前景. 关键词： 微纳光纤 光纤布拉格光栅 折射率传感     

表面微纳结构对光的透射性能影响分析

针对传统光学元件增透的方法中存在物理、化学性质的限制而导致热失配、稳定性不足等问题,提出了对光学表面直接加工圆球和圆锥形两种微纳结构的增透方式;构建了两种微结构模型并以0.38～0.9μm的入射光在不同入射角的条件下对二者进行数值仿真;分析了两种模型随波长与入射角变化的反射率、透射率和电场的变化情况,并对两种实验元件进行实验测试;结合两种微纳结构的仿真和实验数据结果进行对比,获得了两种微纳结构对光透射性能的影响情况。结果表明:入射光波长由小增大时,光学元件透射率增大,并随着波长继续增大透射率逐渐趋于稳定。可为表面微纳结构对光透射性能的影响研究,以及对微纳光学器件的优化设计、制造提供参考。     

光纤中的集成光学与离散光学

光纤集成光学和离散光学有望成为光子学集成的一个新分支。这种集成技术可以通过离散的方法方便地在一根光纤中控制和操纵光波,也为集成光学与离散光学的研究提供了一个灵活方便的平台,为微光子器件和系统集成提供了一种有效的方法和手段。文章简要总结了在光纤内实现光学器件集成和微光学系统集成的主要思想和关键技术,探讨了离散光学需要考虑的核心内容,为该方向的进一步发展提供了若干前期的研究基础。     

聚焦激光束在微纳材料中的应用

低维微纳材料因其特有的小尺寸效应以及由此而来丰富的物理性质,预示着其在后摩尔时代的电子、光电器件中将发挥重要作用。由于微纳材料的小尺寸特性,通过运用传统技术,很难实现对微纳材料的精准操控,制约了微纳材料在微型化、集成化、多元化器件中的应用。文章回顾了聚集激光技术的发展历程,重点介绍如何通过聚焦激光束实现对微纳材料的精准操控、加工与改性,并对聚焦激光技术的研究前景进行展望。     

双通道三端口反射式光环行器 结构与特性分析

为了降低广泛应用于光通信系统的光环行器的制造成本和占空比，增强系统中各器件的功能复用，提出一种功能复用反射式光环行器设计方案，利用透镜和反射镜组成光的空间交叉功能来实现功能复用以及光束方向传输引导，从而达到反射式光环行器输入 输出多尾纤之间的对应耦合。利用琼斯矩阵，从理论上对其主要性能进行了分析。分析结果表明，设计的光环行器在功能复用基础上具有低插入损耗、高隔离等特性，达到了光环行器的性能指标，在低插入损耗、高隔离的基础上具有功能复用效用。     

电磁场递推算法及微纳光学元件中的应用

提出一种电磁场递推算法来分析微纳光学元件体内电磁场的传输.该方法基于Maxwell方程组和电磁场横向的边界条件给出了严格解.以高斯光束在亚波长矩形浮雕光栅体内的传输为例,分析了非匀幅光束在微纳光学元件体内的传输. 关键词： 递推算法 非匀幅光束 微纳光学元件     

用于向列相液晶取向测量的侧边抛磨光纤传感特性研究

向列相液晶(NLC)的取向变化对外界环境敏感,已被作为生物传感的敏感中介材料。研究了侧边抛磨光纤(SPF)用于NLC取向变化测量的传感特性,探索利用SPF测量液晶取向变化的可行性与适用范围。将液晶折射率的理论公式与SPF传输光功率实验数据结合,得到了经验理论关系。实验中设计用机械旋转法改变SPF抛磨面附近NLC的取向。实验结果表明,NLC的取向变化导致SPF传输光功率的变化。以液晶指向矢方位角为表征的NLC的取向变化从0°增大至90°,SPF传输光功率随之增大28.10dB;在0°~30°范围内,SPF传输光功率与NLC的取向变化具有线性关系,光纤传输光功率对取向角度变化的响应平均约为0.359dB/(°)。研究表明SPF可以用于NLC的取向变化的测量并且获得了适用范围,这为基于液晶取向变化的SPF生物传感器的研究提供了参考。     

电视导引头的激光回波分析

阐述了用激光主动扫描法侦察远方飞航导弹来袭方位的原理及实验技术。以电视导引头光学系统为例,运用矩阵光学追迹法对影响“猫眼效应”回波强度的因素进行了定性和定量的分析。研究结果表明:回波强度受导引头光路中光学镜头的相对孔径、摄像管靶面倾斜和离焦的影响较大;扫描激光光束的入射角等因素对回波强度也有一定的影响。在主动扫描装置与被探测导引头相距约5000m、扫描光束的入射角为0.1rad的条件下,导引头光学系统反射面倾斜和离焦使得侦察装置接收到的回波能量与发射脉冲能量之比由理想条件下的1.0%分别下降到了0.004%和0.3%。     

基于光纤电流传感器的韦尔代常数优化测量法

韦尔代常数(Verdet)是决定光纤电流传感器(FOCT)灵敏度的重要因素之一。根据萨格纳克(Sagnac)干涉原理计算得到校准信号,并测量FOCT的实际输出信号,通过比较这两组信号建立目标函数,基于单纯形算法进行参数优化,从而得到石英光纤的韦尔代常数。实验结果与经典模型计算结果基本吻合。FOCT的输出信号经过测量电路会引入相位差;另外受到调制器和外界环境的影响,干涉回路的工作点会产生漂移,导致输出信号不对称而产生直流量。考虑到以上因素,提出的这种方法还能同时测量出电路的相位差、干涉回路的工作点以及反映非线性畸变的直流量。     

Tunable photonic delay lines in optical fibers

A comprehensive overview is presented about optical fiber‐based tunable photonic delay lines, which have been steadily developed over the last decade for the realization of all‐optically controlled timing functions. The most widely used techniques, such as those based on slow & fast light and wavelength conversion associated to dispersion, are described and their physical limitations are discussed in terms of the maximal achievable delay, the associated signal distortion and signal bandwidth. Besides, an entirely different approach for all‐optical signal delaying is introduced. This technique is based on movable grating reflectors dynamically generated in highly birefringent optical fibers. This type of delay line has experimentally demonstrated large tunable delaying with a moderate signal distortion for high capacity optical data streams and even for wideband analog signals.     

连续变量纠缠态光场在光纤中传输特性的实验研究

连续变量纠缠态由于其确定性产生、高效率的特点而被广泛应用于连续变量量子信息处理.在量子信息处理过程中纠缠态与量子信道发生相互作用而退相干,这是限制长距离量子信息发展的重要因素之一.光纤信道作为理想的量子信道,是目前连续变量量子信息研究关注的热点.本文利用Ⅱ类匹配的楔角极化磷酸氧钛钾晶体构成了三共振的非简并光学参量放大器,获得了8.3 dB的光通信波段1.5μm连续变量纠缠态光场.将产生的纠缠态光场注入单模光纤,其量子特性在传输距离达50 km后仍得到保持,纠缠度为0.21dB.该研究可为基于光纤的长距离连续变量量子信息研究提供有效的依据.