800nm高能量飞秒激光脉冲刻写长周期光纤光栅机理

基于800nm飞秒激光脉冲对标准单模光纤采用非载氢技术刻写长周期光纤光栅的机理进行了研究.搭建了水平、垂直双CCD视频监控的飞秒激光脉冲逐点刻蚀长周期光纤光栅系统,研究了光栅长度、激光脉冲能量和光栅占空比等参数对光栅光谱特性的影响.研究结果表明,当光栅周期长度不变,光栅周期数和激光脉冲能量的变化使光栅谐振峰强度发生变化,光栅透射谱是单峰的;光栅占空比的改变导致光栅谐振峰由单峰转变为多峰.在谐振波长1 540nm处,得带谐振峰强度达到15dB、带外损耗不足2dB,在3dB衰减处带宽为15nm的谐振透射谱.     

800 nm飞秒激光长周期光纤光栅的特性

利用800 nm飞秒激光脉冲作为光源,在标准通信单模光纤上直接刻写周期分别为100,200,300和400 m的长周期光纤光栅(LPFG),得到波长范围为1 280～1 680 nm的透射谱,分析研究了在不同刻写条件下LPFG透射谱的共振波长、透射深度和插入损耗等参数的变化。通过对比分析发现透射衰减与刻写长度、条数以及平台高度等有着一定的对应关系。优化实验参数制作出共振波长分别约为1 407,1 311,1 669,1 551 nm,透射深度分别约为24.0,22.3,27.8,23.4 dB,插入损耗分别约为2.5,1.7,3.2,2.0 dB的LPFG。     

基于光栅反馈技术的掺铥光纤随机激光器

提出一种基于光栅反馈技术的掺铥光纤随机激光器。激光器采用半开腔设计,封闭端采用中心波长为1 940 nm的高反射率光纤光栅为激光器系统提供强反馈,增益介质采用1.5 m长的掺铥光纤,泵浦源采用793 nm半导体激光器,开放端采用光纤随机光栅提供随机分布反馈。该光纤随机光栅由飞秒激光逐点刻写技术制备,在10 cm单模光纤上刻写超过6 000个间距随机分布的折射率畸变点,以增强光纤的后向瑞利散射效应。实验测得中心波长为1 940 nm的随机激光输出,其泵浦阈值为2.33 W,在3.8 W泵浦功率下的输出功率为57 mW,光信噪比达56 dB。输出激光在1 h内的波长偏移量小于0.1 nm,功率变化约0.26 dB,具有良好的稳定性。     

基于光纤布拉格光栅与长周期光栅并联的集成光学传感器（英文）

为了提高光纤传感器的性能和进一步缩小传感器的尺寸,通过实验制备出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)与长周期光栅(LPG)并联的新型集成光学传感器。该传感器中的FBG和LPG是利用飞秒激光直写技术直接在普通单模光纤中刻写的。FBG和LPG是并联关系,因此很大程度地缩小了传感器的长度。外界的温度和折射率的变化会引起FBG和LPG的谐振峰波长位置发生变化,据此对该集成传感器进行温度和折射率测量。实验结果表明:FBG谐振峰对折射率和温度的灵敏度分别为0 nm/RIU和12.98 pm/℃,而LPG在1 555 nm附近谐振峰对折射率和温度的灵敏度为196.46 nm/RIU和10.93 pm/℃。因此,根据双参数传感矩阵,该传感器可以对温度和外界折射率进行同时传感。     

基于光纤布拉格光栅与长周期光栅并联的集成光学传感器

为了提高光纤传感器的性能和进一步缩小传感器的尺寸,通过实验制备出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)与长周期光栅(LPG)并联的新型集成光学传感器。该传感器中的FBG和LPG是利用飞秒激光直写技术直接在普通单模光纤中刻写的。FBG和LPG是并联关系,因此很大程度地缩小了传感器的长度。外界的温度和折射率的变化会引起FBG和LPG的谐振峰波长位置发生变化,据此对该集成传感器进行温度和折射率测量。实验结果表明:FBG谐振峰对折射率和温度的灵敏度分别为0 nm/RIU和12.98 pm/℃,而LPG在1 555 nm附近谐振峰对折射率和温度的灵敏度为196.46 nm/RIU和10.93 pm/℃。因此,根据双参数传感矩阵,该传感器可以对温度和外界折射率进行同时传感。     

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。     

长周期光纤光栅光谱特性仿真研究

基于耦合模理论,利用传输矩阵法求解出长周期光纤光栅(Long Period Fiber Gratings,LPFGs)的透射谱表达式,模拟分析了LPFGs的光谱特性与光栅参数如周期、刻写长度以及折射率调制深度之间的关系。研究结果表明:LPFGs谐振波长随着周期和折射率调制深度的增大向长波方向移动,且高次模谐振波长对光栅周期更为敏感;光谱带宽的变化主要取决于光栅的刻写长度,随着光栅刻写长度的增加,带宽逐渐变窄,且当光栅刻写长度大于5.2 cm时,光栅存在过耦合区域;随着折射率调制深度的增加,光栅存在不完全耦合、完全耦合和过耦合现象,且谐振损耗最大值位置随着折射率调制深度的增加逐渐向低次转移。该研究结论对长周期光纤光栅的理论分析和实际应用中的参数设计具有重要参考价值。     

基于周期性矩形压力槽的可调谐长周期光纤光栅

利用机械线加工技术设计矩形压力槽制作了周期为600 μm,周期数为60的长周期光纤光栅.实验研究了所制作长周期光纤光栅的温度和压力特性,并通过调整光纤和压力槽之间的角度改变长周期光纤光栅的谐振波长.采用此技术制作的长周期光纤光栅最大谐振峰值可达15 dB,通过调整光纤与压力槽之间的角度可使谐振波长变化超过12 nm.     

基于包层旋转折变型光纤光栅的动态增益均衡器

提出并利用高频CO₂激光脉冲在普通单模通信光纤上写出了包层旋转折变型长周期光纤光栅(R-LPFG). 在分析R-LPFG波导结构和双折射特性的基础上，对光栅周期数和折变旋转度分别为50和7.2°/周期的R-LPFG进行了实验研究.结果表明，这种类型的光栅可极大地降低其谐振波长对横向负荷不同作用方向所表现出的方向相关性，并且其谐振峰幅度横向负荷灵敏度在任意方向下均高达0.37dB/(g·mm^-1) ，是普通LPFG横向负荷灵敏度的9倍左右.利用R-LPFG的温度线性响应特性和独特的横向负荷特性，设计并实验研究了一种动态增益均衡器，用其平坦掺铒光纤放大器增益谱，在C波段32nm范围内，其平坦度小于±0.5dB，可满足实际环境对通信系统的平坦应用要求. 关键词： 光纤通信技术 长周期光纤光栅 动态增益均衡 旋转折变     

失配型双芯长周期光纤光栅弯曲矢量传感

利用高频CO2激光单侧曝光技术及双芯光纤的非对称性,设计并制作了一种长周期光纤光栅弯曲矢量传感器.成栅机理分析表明,光纤边缘处嵌入的纤芯极大地增强了包层中的残余应力,在CO2激光脉冲曝光时,残余应力释放作用增强,光栅质量更高;同时,双芯光纤的非对称结构以及CO_2激光单侧曝光使得光纤器件对偏振非常敏感,写制的光纤光栅在1 555.4nm谐振波长处的偏振相关损耗高达20.8dB.弯曲传感测试表明,在0~1.235m~(-1)曲率范围内,光纤光栅向+y方向弯曲时,透射谱谐振峰波长向长波方向漂移,灵敏度为2.37nm/m~(-1);光纤光栅向-y方向弯曲时,谐振峰波长向短波方向漂移,灵敏度为1.80nm/m~(-1).该弯曲矢量传感器结构简单,灵敏度高,可广泛应用于道路、桥梁等建筑的安全检测.     

基于扭曲长周期光纤光栅的高灵敏度压力传感器

研究了高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅在扭曲状态下的横向负载特性.发现扭曲降低了光纤光栅谐振波长横向负载灵敏度的方向相关性,使得这种光栅在各圆周方向上谐振波长对横向负载都不敏感,而谐振峰幅度随横向负载的增加线性减小,且谐振峰幅度的负载灵敏度随扭曲率的增加而提高.在扭曲率为1.8°mm－1时负载灵敏度可达0.47 dB/(g·mm－1),是自由状态长周期光纤光栅横向负载灵敏度的7倍,最后给出了利用这种扭曲长周期光纤光栅通过强度解调实现压力传感的实验研究结果.     

基于弯曲不敏感光纤的长周期光纤光栅可调谐增益均衡器

对高频CO2激光脉冲方法在弯曲不敏感光纤中写入的长周期光纤光栅的弯曲特性进行了研究，发现其谐振峰幅值对弯曲相当敏感，为普通光纤中写入的长周期光纤光栅的2．8倍，并且谐振波长和谐振峰幅值在圆周方向上呈现的对应规律与普通光纤不同．即谐振峰幅值最敏感方向所对应的谐振波长对弯曲不敏感。根据该现象，提出了一种利用调节其弯曲度来实现增益控制的可调增益均衡器方案，并进行了实验验证，该方法实用、简单。     

一种基于新型长周期光纤光栅的动态增益均衡器

报道了一种用高频CO²激光脉冲写出的长周期光纤光栅的温度特性和弯曲特性.实验表明,这种长周期光纤光栅的波长漂移随温度的变化呈线性关系,它的透射峰幅值变化随弯曲量的变化也呈线性关系.基于这两种线性关系,通过控制新型长周期光纤光栅的谐振峰位置和幅度,动态平坦了一组掺铒光纤放大器增益谱线.实验结果表明在C波段32nm范围内掺铒光纤放大器增益谱线平坦度可动态调整为±0.7dB.     

CO2激光脉冲边缘写入的长周期光栅折射率特性研究

报道了一种用高频CO2激光脉冲在普通通信光纤包层边缘单侧写入的新型长周期光纤光栅。研究发现,这种长周期光纤光栅的折射率变化主要发生在光纤包层区域,而纤芯的折射率变化较小;同时该光栅的附加损耗低于0.5 dB。进一步折射率特性实验研究表明,由于其特殊的折变结构,这种光栅具有较高的外界环境灵敏度,当外界折射率在1.41~1.45范围内变化时,其谐振波长漂移量高达15.52 nm,比实验测得的用传统方法写入的长周期光纤光栅谐振波长漂移量高出近3倍,这种光栅结构在光纤传感中将具有重要的应用。     

高频CO2激光脉冲写入长周期光纤光栅的弯曲特性分析

分析了高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅弯曲的谐振波长漂移灵敏度、谐振峰幅值变化的机理,讨论了新型长周期光纤光栅弯曲方向相关性并进行了数值计算,分析结果与实验结果相符.     

飞秒激光刻写低温度灵敏度的细芯长周期光栅

在折射率与应变测试时,为了降低温度影响所引起的串扰,对细芯长周期光纤光栅的温度、折射率和应变响应特性进行了研究。通过飞秒激光直写方法在纤芯直径为6μm的单模光纤上成功制备了周期为50μm的长周期光纤光栅。结果表明:在细芯光纤中以低激光能量加工的长周期光纤光栅具有较低的温度灵敏度,同时保持较大的消光比和较好的光谱质量。这种细芯长周期光纤光栅损耗峰在20～700°C温度范围内仅漂移1.7 nm。该光栅对折射率变化也具有较好的响应,环境折射率在1.406 5～1.426 5时,灵敏度最高可达882.51 nm/RIU,应变灵敏度为-2.2 pm/με。这种细芯长周期光纤光栅可以较好地降低折射率与应变测试中由于温度影响带来的串扰。     

基于微弯效应的长周期光纤光栅的研究

用两个周期为600μm,齿宽为200μm的周期性刻槽板彼此错开从上下两面对单模光纤施压,在光纤中形成了微弯式长周期光纤光栅。由于齿宽小于二分之一周期,可产生更深的光纤微弯调制,获得更大的交流交叉耦合系数。通过测量两个光栅长度分别为6 cm和12 cm的微弯式长周期光纤光栅在不同压力下的透射谱,研究了峰值损耗、附加损耗、损耗谱半峰全宽与压力和光栅长度的关系。对于长12 cm的微弯式长周期光纤光栅,在第一饱和压力点峰值损耗达到19.2 dB,损耗谱半峰全宽(FWHM)为20 nm,附加损耗只有0.26 dB;经过三次过耦合得到34 dB的峰值损耗。然后用理论结合实验数据分析发现当光纤所受压力小于饱和压力时,光纤光栅交流交叉耦合系数与压力成正比。     

基于飞秒激光加工长周期光栅的全光纤三阶轨道角动量模式的产生

高效地产生相互正交的各阶轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)模式具有重要的研究价值.目前全光纤系统中高效地产生高阶轨道角动量模式的方法主要是基于二氧化碳激光器加工的长周期光纤光栅(long period fiber grating,LPFG).然而产生高阶模式的光栅需要强的折射率调制与小的光栅周期,因此二氧化碳激光器高的功率和大的聚焦光斑不利于其刻写的重复性、成功率和延展性.为了解决这一问题,本文首次提出并制作了基于飞秒激光加工的三阶OAM模式转换器,在六模光纤上加工出了非对称的长周期光纤光栅,实验结果表明其在1550 nm附近能将基模转换为三阶的角向线性偏振模式LP31模式,模式转换效率为98%,该模式可进一步被叠加转化为三阶OAM模式.与此同时,在1310 nm附近,该光栅还能够产生角向一阶径向二阶的OAM模式.本文证明了飞秒激光加工提供了一种可用于全光纤系统,具有高重复刻写性的长周期光纤光栅来产生高阶OAM模式的思路.     

长周期保偏光纤光栅的偏振特性研究

用高频CO2激光脉冲写入法在熊猫保偏光纤上写入长周期光纤光栅,并对其偏振特性进行了全面的试验研究.试验结果表明,在输入椭圆偏振光偏振角度0到2π的变化范围内,高频CO2激光脉冲写入法在熊猫保偏光纤上写入的长周期光纤光栅谐振峰幅值会随着入射椭圆偏振光偏振角度的改变发生以π为周期的周期性变化,并且相邻两谐振峰幅值变化趋势相反,相位差为π.在相同偏振角度下将两谐振峰幅值相减,其差值呈近似于锯齿波的周期性变化,周期也为π.在没有发生模式干扰的情况下,谐振峰波长几乎没有发生漂移.基于模式耦合理论,文中还对所观察到的试验现象进行了定性的理论解释.     

新型长周期光纤光栅的横向负载特性及其偏振相关性研究

发现高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅谐振波长的横向负载特性具有较强的负载方向相关性,而损耗峰幅值的横向负载特性的方向相关性较弱.不同圆周方向的横向负载对谐振波长偏振相关性的影响差异较大,但对损耗峰幅值偏振相关性的影响差异较小.利用横向负载引起双折射进而导致光栅的光学主轴旋转的相关理论,合理解释了该长周期光纤光栅独特的横向负载特性及其偏振相关性.