基于单透镜的空间光-单模光纤耦合方法

将自由空间光耦合进单模光纤产生超连续谱的实验中,空间光与单模光纤的耦合效率是其中的一个关键问题。常采用的单透镜或显微物镜进行耦合存在耦合效率低、调整难度大、端面易损伤等问题。提出了先将自由空间的光耦合进纤芯尺寸较大的单模光纤,然后将纤芯较大的单模光纤和纤芯较小的单模光纤进行熔接。实验结果表明,改进的耦合系统耦合效率大大提高,达到60%以上,且调整难度降低,光纤端面的损伤概率降低,大大提高了超连续谱产生的效率。     

基于单透镜的空间光-单模光纤耦合方法

将自由空间光耦合进单模光纤产生超连续谱的实验中,空间光与单模光纤的耦合效率是其中的一个关键问题。常采用的单透镜或显微物镜进行耦合存在耦合效率低、调整难度大、端面易损伤等问题。提出了先将自由空间的光耦合进纤芯尺寸较大的单模光纤,然后将纤芯较大的单模光纤和纤芯较小的单模光纤进行熔接。实验结果表明,改进的耦合系统耦合效率大大提高,达到60％以上,且调整难度降低,光纤端面的损伤概率降低,大大提高了超连续谱产生的效率。     

空间激光与单模光纤和光子晶体光纤的耦合效率

为了设计最优光纤耦合系统,利用高斯模场近似单模阶跃光纤的模场和大模面积光子晶体光纤的模场,推导出了理想情况下空间激光与这两种光纤的耦合效率解析表达式以及光纤端面相对于耦合系统存在横向偏移和端面倾斜时的耦合效率解析表达式。基于上述理论表达式计算了空间激光与光纤的耦合效率,并通过实验验证了此理论表达式的有效性。理论计算和实验均证实了单模阶跃光纤对于横向偏移更敏感,当横向偏移量等于单模光纤的纤芯半径时所对应的耦合效率只有20.25%,为理论最大值的1/4;而大模面积光子晶体光纤对于端面倾斜更加敏感,当端面倾斜2°时对应的耦合效率只有40.5%,为理论最大值的1/2。所提出理论表达式和实验方法完全可以为设计光纤耦合系统提供准确的参数。     

多维耦合器校正空间光-单模光纤耦合对准误差

根据高斯光束传输理论,分析了径向偏差、端面倾斜偏差和轴向偏差等对准误差对空间光-单模光纤(SMF)耦合效率的影响。数值计算和实验结果表明,当端面与径向之间的夹角Ω为90°和270°时,3种对准误差对耦合效率的影响相互独立,当夹角Ω=180°时,耦合效率有最大值。为更好地补偿对准误差对SMF耦合效率的影响,基于压电陶瓷设计了具有5自由度耦合装置的光纤耦合器,并结合变增益型随机并行梯度下降算法寻找空间光-SMF的最佳对准姿态。实验结果表明,5自由度光纤耦合器可以很好地实现不同对准误差的校正,系统闭环后SMF耦合效率达到53.2%。     

大气湍流对空间光耦合至单模光纤的影响

 根据弱湍理论,考虑湍流强度闪烁、孔径平均效应、湍流波前畸变及耦合系统跟踪误差的影响,导出了空间光到单模光纤的平均耦合效率及耦合功率起伏方差模型。根据Hufnagel-Valley 5/7折射率结构模型,对下行连接及上行连接的平均耦合效率及耦合功率起伏进行了研究。仿真结果表明,对于下行连接,随着地面接收天线孔径的增大,相对功率起伏先是由于孔径平均效应而减小,而后由于湍流波前畸变的影响而逐渐增大;对于上行连接,可忽略湍流波前畸变及孔径平均效应的影响。     

大气湍流对空间光耦合至单模光纤的影响

根据弱湍理论,考虑湍流强度闪烁、孔径平均效应、湍流波前畸变及耦合系统跟踪误差的影响,导出了空间光到单模光纤的平均耦合效率及耦合功率起伏方差模型。根据Hufnagel-Valley 5/7折射率结构模型,对下行连接及上行连接的平均耦合效率及耦合功率起伏进行了研究。仿真结果表明,对于下行连接,随着地面接收天线孔径的增大,相对功率起伏先是由于孔径平均效应而减小,而后由于湍流波前畸变的影响而逐渐增大;对于上行连接,可忽略湍流波前畸变及孔径平均效应的影响。     

光电探测噪声对单模光纤自适应耦合装置的闭环性能影响研究

单模光纤自适应耦合装置能够将空间激光高效、稳定的耦合至单模光纤中,在自由空间光通信领域具有重要的研究意义.然而,在长距离、强大气湍流环境下的空间光通信系统中,装置闭环性能会受到光电探测噪声的严重干扰.本文针对该问题开展了深入研究,分析了光电探测噪声的作用机理,建立了噪声干扰程度评价指标,同时结合实际的单模光纤自适应耦合装置开展了相应的数值仿真研究.仿真结果表明,光电探测噪声会对光纤耦合过程中的闭环平均耦合效率、闭环精度、以及闭环带宽产生严重影响.根据仿真结果,本文给出了相应的经验公式,能够用以计算强噪声干扰环境下光纤耦合过程应满足的光学及电学参数.本文的理论及仿真结果能够为长距离、强大气湍流环境下的单模光纤自适应耦合装置的设计提供相应的理论依据.     

单模光纤耦合器的偏振温度特性研究

理论分析并研究了温度变化对单模光纤耦合器的偏振特性的影响.推导了单模光纤耦合器输出消光比与输入消光比、模式耦合率的关系表达式.利用多个偏振特性不同的光源,进行了在快速温度变化条件下单模耦合器输出消光比随温度变化的测试实验,证明了采用低偏振的光源有利于降低单模耦合器中因温度变化引起的模式耦合效应.最后仿真计算了在光源输出消光比不同的情况下模式耦合引起的光纤陀螺输出误差的大小,为不同环境应用的光纤陀螺选取合适的光源提供了参考.     

半导体激光器与单模光纤耦合效率的分析

在高斯场分布近似的前提下,从模场半宽匹配的角度描述了半导体激光器（ＳＬＤ） 与单模光纤（ＳＭＦ） 之间的光耦合理论。对不同的ＳＬＤ ＳＭＦ 间光耦合的方式作了分析,并从耦合效率与成本双重角度给出了适合于实际工程应用的几种耦合方式的优选率     

单纵模固体激光器与单模保偏光纤之间的最佳耦合分析

分析了用于激光脉冲整形的激光器与单模保偏光纤之间的耦合问题。提出了获得最佳耦合效率的条件,为了提高耦保效率,其耦合系统的设计以及放置的位置要都受到激光器谐振腔和光纤参数的限制,并从实验上对所提出的耦合条件进行了验证。     

基于“耦合-耦合-吸收”机理的超宽带单模单偏振微结构光纤

通过在高双折射微结构光纤包层构建缺陷并在其外侧空气孔镀金的方法,实现一种基于“耦合-耦合-吸收”滤波机理的新型单模单偏振微结构光纤（SMSP-MSF）。纤芯中需要滤除的偏振态模式能量通过“纤芯与缺陷芯耦合”和“缺陷芯与金缺陷耦合”两次耦合作用传递至镀金孔中,再利用金缺陷的等离子体共振效应对能量进行吸收,以实现宽带的单模单偏振传输。基于上述机理,利用全矢量有限元法,得到了两种宽带SMSP-MSF。所设计的正六边形晶格SMSPMSF的纤芯x偏振模式与缺陷芯模式、金层二阶表面等离子极化激元模式在多个波长分别谐振,实现380 nm的单模单偏振传输带宽。所设计的正方形晶格SMSP-MSF利用纤芯及缺陷芯相互垂直的排布方式,保证了纤芯与缺陷芯x偏振模式耦合,而y偏振模式不耦合,在1.55μm处实现了偏振消光比高达113 dB的高质量单模单偏振传输。     

用自聚焦透镜作平行光束与单模光纤的最佳耦合

本文提出一种用两片自聚焦透镜组合而成的耦合系统,可以实现平行光束与单模光纤的最佳耦合.文中给出了该耦合系统的参数计算公式,并进行了计算机数字式计算,最后推导给出了最佳结构参数计算的解析公式.表明给出的耦合系统具有唯一最佳结构参数解,并且这种解具有和谐的对称性.     

平端光纤与锥端球透镜光纤的耦合

建立了平端光纤与锥端球透镜光纤耦合的理论模型,得到耦合系数的计算公式,然后用几种不同锥角和球面半径的透镜光纤进行耦合实验,得到最大耦合效率,并验证了理论计算结果.     

弯曲单模光纤温度传感实验

利用弯曲单模光纤的应力双折射，设计了单根光纤的温度传感实验装置，给出了实验结果。     

基于空气孔填充的光子晶体光纤与普通单模光纤低损耗耦合研究

提出一种基于空气孔填充的光子晶体光纤与普通单模光纤低损耗耦合方法,并通过光束传播法数值仿真的方式研究了填充物折射率以及填充长度等参数对耦合损耗的影响。结果表明,选择合适的填充参数可以大幅度降低光子晶体光纤与普通单模光纤间的耦合损耗,从而实现光子晶体光纤与普通单模光纤间的低损耗耦合。该方法可适用于多种光子晶体光纤与普通单模光纤之间的低损耗耦合,在光子晶体光纤与普通单模光纤的模场严重失配的情况下,该方法的优势更为明显。     

单模光纤共焦扫描显微系统研究

本文探讨一种使用单模光纤同时作为点源与点探测器的激光共焦扫描显微系统。该系统具有与传统共焦扫描相同的功能，但更容易操作，结构更简单，系统更稳定，文中给出系统的原理设计方案，并对其光学特性进行分析。     

二元纯位相片实现半导体激光器到单模光纤的耦合

采用二元光学位相调制的基本思想，用二元纯位相型光学系统将椭圆高斯型激光束与单模光了佳耦合。采用两块纯 位相片来进行波前变换，将椭圆型高斯激光束转变成对称圆高斯激光束，并与单我纤的基模最佳匹配耦合。     

单模双包层光纤之间的耦合

本文求得了单模双包层光纤之间耦合系数精确的解析表达式.计算了上升内包层、匹配包层和凹陷内包层光纤耦合系数随归一化频率V的关系曲线.也给出了不同V值的耦合系数随归一化距离(D/α)的关系曲线.该公式不但能够计算x偏振模的耦合系数,而且也能计算y偏振模的耦合系数.它可用于分析折射率差较大的光纤之间能量耦合以及耦合器的偏振特性.     

弯曲单模光纤温度传感实验

给出了弯曲单模光纤两正交模的相位差与应力双折射和温度的关系式．设计出用单根光纤测量温度的实验装置．     

大气湍流像差对单模光纤耦合效率的影响分析及实验研究

空间激光到单模光纤(SMF)耦合技术是自由空间激光通信中的关键技术之一。在Matlab环境下仿真分析了单项波前像差和大气湍流像差对空间光到SMF耦合效率的影响,研究了随机并行梯度下降(SPGD)算法校正大气湍流中整体倾斜像差的迭代过程及对耦合效率的影响。仿真结果表明,SMF耦合效率随单项波前像差均方根(RMS)增加而降低,校正大气湍流中整体倾斜像差后,SMF耦合效率都有提高;当D/r0较小时,大气湍流像差中影响SMF耦合效率的主要像差为倾斜像差。搭建了基于SPGD算法的闭环控制系统,利用自适应光纤耦合器(AFC)校正模拟湍流倾斜像差后,SMF平均耦合效率从30.07%提升到了61.72%;耦合效率的均方误差(MSE)从7.28%降低到2.16%。