光纤布拉格光栅再生过程及模型研究

分别采用800 nm飞秒激光、244 nm氩离子激光,基于相位掩模板法在载氢和非载氢光纤上制备了飞秒载氢、非载氢布拉格光栅及紫外载氢光纤布拉格光栅。对制作的3种光栅进行高温热处理实验,均观察到光栅再生现象。对比了不同热处理温度下的光栅再生时间,建立了光栅再生过程模型以及处理温度-再生时间模型,并定义了光栅再生处理温度阈值。实验和模型研究表明,刻写的飞秒非载氢光栅、飞秒载氢光栅及紫外载氢光栅的再生处理温度阈值分别为888℃、780℃和770℃。载氢再生光栅在高温下有衰退现象,飞秒非载氢再生光栅具有良好的温度稳定性。     

光纤光栅制作中波长拉力控制技术的研究

介绍了在相位掩模板法制作光纤光栅的过程中,通过测量和调节光纤在拉直状态下所承受的拉力,从而精确控制光栅布拉格波长的光纤光栅制作方法。利用此方法,可使光纤光栅的波长制作误差控制在±0.05nm以内,并利用一定周期的相位掩模板制作5nm波长范围内的任意波长的光纤光栅,极大地提高了相位掩模板法制作技术的效率和灵活性。同时,提出了利用扫描曝光技术,在光纤光栅刻写过程中持续改变光纤拉力,制作啁啾光纤光栅的新方法。     

利用均匀相位掩模板制作线性啁啾光纤光栅

理论上分析并从实验上验证了一种利用均匀相位掩模板写入啁啾光纤光栅的方法:将光纤弯曲,由于光纤离掩模板的距离不同从而使光纤光栅的周期轴向渐变,由此产生啁啾。分析了这种啁啾光纤光栅的谱特性和时延特性,同时也分析了由于光纤离掩模板的距离不同而引起的折射率调制变化给光纤光栅特性带来的影响。设计了一种石英曲面,利用其使光纤按照弯曲函数进行弯曲,然后进行紫外曝光制成了线性的啁啾光纤光栅。实验中制作的啁啾光纤光栅色散值为-1102 ps/nm,纹波为17ps。通过改变弯曲函数就可以实现利用一块均匀相位掩模板制作不同啁啾量的啁啾光纤光栅的目的,降低了啁啾光纤光栅的制作成本。     

飞秒激光微加工制作双包层光纤光栅及其在光纤激光中的应用

简要说明了光纤光栅的基本特性和选频原理及其在双包层光纤激光器方面的应用与优势.介绍了飞秒激光微加工制作光纤光栅的基本原理及特点,并与传统的光纤制作方法--全息干涉法、相位掩模板法进行了比较.综述了飞秒激光微加工制作双包层光纤光栅的研究进展.     

光束发散度对紫外写入光纤光栅的影响

用傅里叶衍射光学分析了准分子激光束发散度对于光纤光栅制备的影响，发现光束发散角使光纤光栅的布拉格波长发生改变，相位版后干涉场沿光纤轴向和径向不均匀，对制备30dB高反射率光纤光栅造成困难。实验结果与理论分析基本一致，相对于理想平行光束情况，会聚光束使得光纤光栅布拉格波长出现在短波一边，发射光束使得光纤光栅布拉格波长出现在长波一边。     

一种改善长周期光纤光栅热稳定性的方法

在载氢光纤上利用振幅掩模板来制作长周期光纤光栅，由于氢气的引入导致光纤光栅的热稳定性变差，这给制作符合要求的光纤光栅造成很大的困难。从理论和实验两个方面指出了在长周期光纤光栅的制作过程中若适当地降低长周期光纤光栅的含氢量，并灵活地运用均匀紫外曝光技术，能够明显地提高长周期光纤光栅的热稳定性。     

飞秒激光制备光纤布拉格光栅高温传感器研究

光纤布拉格光栅具有体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰、传感灵敏度高、可实现准分布式测量等优点,是一种重要的光纤传感器件。传统紫外激光制备光纤布拉格光栅时需要对光纤进行载氢预处理,这种方法制备的光纤光栅热稳定较差,无法用于极端高温环境。近年来,随着飞秒激光在玻璃材料微加工领域研究的深入,研究人员开始将飞秒激光应用于光纤光栅的研制,飞秒激光制备光纤光栅具有更好的加工灵活性,无需对光纤进行载氢预处理,也无需剥除光纤涂覆层,而且飞秒光纤光栅具有极佳的高温稳定性。介绍了光纤光栅的飞秒激光加工机理,以及三种典型的光纤光栅飞秒激光制备方法,综述了飞秒光纤布拉格光栅在高温传感领域的研究进展。     

利用TeO2减少多模光纤出射场散斑干扰的研究

 为了减少多模光纤出射光场的散斑干扰,提出了把声光布拉格衍射效应所形成的不同衍射级耦合到多模光纤中,由于衍射级具有不同的偏振态,消弱了光场相干条件,进而在出射光场中消弱了散斑场的对比度,并通过对改变声场频率后得到的散斑场对比度的分析,证实了利用各向异性晶体TeO2能够控制散斑场对比度,改善出射场的高斯分布,得出了可以利用布拉格衍射效应减少散斑场干扰的可能性。     

基于外差法的光纤激光器相干合成

采用波长1064 nm,功率为1 W的种子激光实现了两路光纤激光的相干合成,采用了两只保偏光纤准直器接收两路光干涉信号,与利用透镜直接把干涉信号会聚在探测器上相比,这种耦合方式得到的光干涉信号的条纹对比度更高。对相位噪声以及相位噪声的带宽进行了研究,结果表明,相位噪声由电信号串扰以及环境扰动产生。通过人为拨动光纤来增加相位噪声带宽,当相位噪声带宽增加时,相位控制精度下降。提出了提高相位控制精度的方法,实验获得了桶中功率为21.3%、斯特列尔比为79%、相位控制精度为0.008的相干合成效果。     

啁啾光纤布拉格光栅展宽器的设计与制作

为获得较大展宽量的光纤器件,在相位掩模版刻写技术的基础上设计并制作了两种啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)展宽器。基于相位掩模版刻写技术的原理和CFBG的色散补偿理论,提出了两种展宽器的制作方法,并优化了刻写光路,获得了高反射率、大反射带宽的CFBG。通过拉力传感器控制CFBG的反射谐振波长,通过改进刻写方式制作了大色散量的CFBG级联展宽器和大反射带宽的CFBG串联展宽器。搭建了两种展宽器的测试光源,通过直接测量的方式得到CFBG级联展宽器所提供的展宽量约为345 ps,这与理论结果相符;通过正、反接的方式间接推算了CFBG串联展宽器所提供的展宽量约为278.7 ps,这小于理论结果。     

体布拉格光栅滤波片及其光谱成像应用

利用厚体布拉格光栅的波长选择特性对目标光场进行窄带滤波,是实现高光谱成像的一种新途径。基于严格耦合波理论,设计了体布拉格光栅结构,探索了厚体布拉格光栅的制作工艺,搭建系统光路验证了体布拉格光栅的光谱成像能力。研究结果表明:要获得较窄滤波谱宽,需要提高体布拉格光栅的厚度周期比,并严格控制入射光束发散角;刻写光束质量、震动和偏振会极大地影响制作的光栅条纹面质量,需要从优化写入光的光束均匀性、采用防震措施以及调整两刻写光束偏振一致性等方面优化刻写过程,以提高光栅的衍射效率和质量;验证了体布拉格光栅滤波片进行空间二维面阵成像的能力,宽谱光源透射条件下,通过对入射光束进行准直,滤波谱宽5 nm左右,空间分辨率约4 lines/mm;漫反射条件下,使用体布拉格光栅对进行色散补偿,能够实现较为清晰的成像,空间分辨率约4.9 lines/mm。     

用相位掩模法制作光纤光栅的技术

准分子激光照射相位掩模后,在近场形成周期的条纹分布,利用近场光强对光敏光纤进行曝光,可以在纤芯中写人光栅。对光纤光栅折射率分布进行合理假设,运用耦合模理论计算了光纤光栅的反射率,对其反射率与相关参数的关系进行了讨论,并且分析了用相位掩模技术制造光纤光栅的影响因素,得出要获得窄带宽高反射率光栅需有适当的折射率调制和大的光纤光栅长度的结论。另外还导出了掩模板后表面的近场光强分布和光纤光栅的周期公式。     

高能激光辐照下光纤布拉格光栅响应特性

为探索光纤布拉格光栅在高能激光参数测量方面的应用,通过实验和数值模拟研究分析了其在高能激光辐照下的响应特性。通过解传热方程,获得了光纤布拉格光栅在高能激光辐照下的热响应特性。利用一个光纤光栅解调仪,记录了光纤布拉格光栅在高能激光辐照下的波长漂移现象。实验结果表明：在一定的功率密度范围内,光纤布拉格光栅的最大波长漂移与其所受的辐照功率密度成线性关系,该结果与理论模拟相符。     

色散补偿光纤上刻写的光纤光栅对纵向拉力和温度的同时测量

在色散补偿光纤上刻写光栅,形成全光纤复合传感结构,将干涉结构和光栅结构集成在同一段光纤内.分析了干涉包层模式和布拉格谐振峰对纵向拉力以及温度的响应机理.通过监测包层模式和布拉格谐振峰的波长漂移量,建立矩阵方程,实现对纵向拉力和温度双参量的同时测量.实验结果表明,包层模式和布拉格谐振峰对温度的响应灵敏度分别为49.4pm/℃和11.0pm/℃,包层模式对纵向拉力的响应灵敏度为1.05pm/με,布拉格谐振模式对纵向拉力的响应灵敏度为0.651pm/με,且这四个参数均表现出良好的线性度.该传感器结构采用低阶包层模式和纤芯基模模式,对外界环境折射率不敏感,能较好地应用于纵向拉力和温度的同时测量中.     

相移光纤光栅的制作和特性

在光纤光栅的刻蚀平台中引入精密移动电机,控制相位掩模板的移动,从而在光纤光栅的刻蚀过程中,在光栅的固定位置引入相移量,采用此简单易行的方法制作出了多种相移光纤光栅,分析所刻光纤光栅的光谱曲线,符合理论分析和设计的要求。     

基于飞秒激光制备的啁啾倾斜布拉格光纤光栅

啁啾倾斜布拉格光纤光栅（CTFBG）在高功率光纤激光器的受激拉曼散射（SRS）抑制中有重要的应用。利用飞秒激光在纤芯/包层直径为20/400μm的大模场面积双包层光纤（LMA-DCF）中刻写出不同角度的CTFBG，其最大滤除深度约为15 dB，最大滤除宽度约为8.9 nm。飞秒激光刻写CTFBG可以显著缩短制备周期，对推动CTFBG的研制与发展具有重要意义。     

对基于光纤光栅的两种水听器灵敏度的讨论

本文简单介绍了基于光纤光栅的光纤布喇格光栅(FBG)水听器以及分布反馈式(DFB)光纤激光水听器的基本工作原理与信号解调的基本方法。在此基础上提出了FBG水听器和DFB光纤激光水听器波长漂移率、压力灵敏度系数、相位灵敏度与相位灵敏度级以及电压灵敏度的定义以及物理涵义.并且对干涉型光纤水听器与DFB光纤激光水听器在相位灵敏度以及物理涵义上的区别进行了说明.     

2μm波段低损耗长周期光纤光栅设计与制作

采用二氧化碳激光逐点刻写技术对2μm波段长周期光纤光栅(LPFG)的传输特性进行了实验研究,探索了光栅周期、折射率调制深度、光栅周期数等光栅刻写参数对光纤光栅在2μm波段特征损耗峰的影响。仿真和实验结果均表明,2μm波段LPFG的谐振中心波长和谐振峰深度可分别通过光栅周期以及光栅长度来调谐,激光扫描次数以及折射率调制都将增加光纤内模式的耦合强度。此外还探究了2μm波段LPFG对于环境温度的敏感特性,通过设计实验测得该波段LPFG的温度灵敏性为74 pm/℃。该研究在2μm波段光纤激光器及其应用的核心器件方面有潜在的应用价值。     

新型光纤应力弯曲与拉伸敏感元件的设计与测试

提出并制作了一种弯曲形变与应力拉伸可区分测量的全光纤敏感元件。全光纤敏感元件使用193nm ArF准分子激光器在单模-色散补偿-单模的干涉上刻写光栅,组成光栅和迈克尔逊干涉的并联结构。分析了光纤敏感元件对弯曲和应力拉伸的响应机理。对光纤敏感元件进行了弯曲和拉伸测试,实验结果表明:在0～1.4m~(-1)曲率下,1524.27nm处干涉波谷的弯曲灵敏度为4.53dB/m~(-1),线性度为0.991,光栅布拉格谐振峰处的能量基本不发生变化;在0～500με拉伸形变范围内,1524.27nm处干涉波谷的形变拉伸灵敏度为-1.02pm/με,线性度为0.979。布拉格谐振模式的形变拉伸灵敏度为0.615pm/με,线性度为0.990。所提光纤敏感元件能够区分测量弯曲形变和应力拉伸,其在工业应用具有较好的前景。     

偏振光直写相位光栅的实验分析

设计了偏振光直写平台,基于此平台进行了相位光栅的刻写和研究.从实验上分析了不同的激光强度、偶氮高分子聚合物材料对相位光栅的衍射效率,重复刻写性,光栅表面起伏及偶氮聚合物折射率变化的影响.分析了光栅各衍射级次的偏振特性.这种相位光栅制作方法简便,刻写环境要求不高,室温下相对较稳定,而且光栅系数可以方便的调整,相比相位全息制作方法容易进行大范围光栅的刻写.在集成光学,光波导,光通讯领域有广泛的应用前景.