基于包层模的光纤布拉格光栅折射率传感特性

提出了基于光纤布拉格光栅(FBG)包层模式的折射率传感方案。实验中,利用不同浓度的丙三醇水溶液作为外界折射率传感溶液,采用氢氟酸溶液化学腐蚀的方法来减小光纤包层的直径以增大包层模式对外界折射率的敏感度,研究了腐蚀后光纤布拉格光栅包层模式的耦合波长对外部折射率的变化关系。实验结果表明在1.3300~1.4584的折射率范围内,包层模式耦合波长随外界折射率增大而增大,在接近光纤包层折射率处具有很高的折射率灵敏度,最大达到了172 nm/riu(refractive index unit)。而且,包层模谐振的光谱半峰全宽(约0.07 nm)仅为布拉格纤芯模谐振光谱半峰全宽的1/4,能够获得更好的传感精度。     

用有效折射率法和有限元法分析多量子阱条形光波导

本文提出了一种快速和精确分析多量子阱(MQW)条形光波导的新算法。它基于有效折射率法和有限元法的结合。首先,由等效的平面波导替换多量子阱条形结构,用有效折射率法从原来问题得到平面波导的折射率分布;然后,用有限元法计算等效结构中E_(mn)~x模和E_(mn)~y模的传播常数和场强分布。文中给出了任意阱数和不同宽度多量子阱的对称结构和不对称结构的结果。     

空芯光子带隙光纤纤芯-包层交界面的设计

利用平面波展开法计算了圆六边形空气孔按三角形排列的光子晶体带隙,基于带隙图设计了移去7根玻璃毛细管形成纤芯、传输波长λ=1.55 μm的空芯光子带隙光纤的结构参量.随后利用全矢量有限元法计算了所设计的在纤芯-包层交界面处引入石英环的光纤,给出了在不同半径情况下沿z轴方向的光强分布、光强等高线分布图和损耗随引入石英环相对厚度的变化曲线.得出了光纤消除表面模、减小损耗的纤芯外半径取值范围为1.55Λ～1.7Λ,石英环的相对厚度取值范围为1.3～1.5或3.4～3.8.通过分析发现石英环的引入既可以抑制表面模也可以激发表面模,抑制还是激发有赖于纤芯外半径和石英环厚度的选择.     

零折射率手征包层光纤中导模的奇异特性

对零折射率手征介质(介电常量和磁导率同时等于零的手征介质)作为包层的光纤中模式的奇异特性进行了理论研究.给出了导模的电磁场分布公式,推导出导模色散方程和功率的数学表达式,通过数值计算,给出了不同手征参量情形下的色散曲线,讨论了手征参量对归一化功率的影响,发现了导模的一些奇异特性,如存在表面波模、基模单模区,出现传播常量...     

零折射率手征包层光纤中导模的奇异特性

 对零折射率手征介质（介电常量和磁导率同时等于零的手征介质）作为包层的光纤中模式的奇异特性进行了理论研究.给出了导模的电磁场分布公式,推导出导模色散方程和功率的数学表达式,通过数值计算,给出了不同手征参量情形下的色散曲线,讨论了手征参量对归一化功率的影响,发现了导模的一些奇异特性,如存在表面波模、基模单模区,出现传播常量双值、模式交叉、功率储存现象等,特别是出现了纤芯和包层中的功率都为负值的完全后向波奇异模式.     

介质光波导模式传播特性的有有效折射率/有限元分析法

本文扩展了有效折射率/有限元法(EI-FEM)的应用,对几种不同结构和折射率分布的介质光波导的模式传播特性进行了计算和分析,并讨论了该方法的精度。结果表明,EI-FEM为各种集成光学器件设计提供了一种简单快速、适应性强、系统化而又比较精确的近似计算方法。     

用阶跃有效折射率模型研究光子晶体光纤色散特性

在采用阶跃有效折射率模型研究光子晶体光纤的可行性方面，提出了将普通单模光纤、色散位移光纤、色散平坦光纤作为一定极限条件下的折射率引导型光子晶体光纤特例的观点.通过编程计算，并与文献报道的实验数据对比，表明应用本模型可以揭示光子晶体光纤所具有的奇异的色散机理.特别是应用本模型具有更快的计算速度.还用本模型分析了空气孔直径、周期及芯径对色散特性的影响. 关键词： 折射率引导型光子晶体光纤 阶跃有效折射率模型 色散     

基于结构化光纤Bragg光栅的折射率梯度传感器研究

研究结构化光纤Bragg光栅(FBG)在折射率(RI)呈线性分布的液相介质环境下的响应特性。数值仿真结果表明,结构化FBG的反射谱特性强烈依赖于液相介质折射率(RI)的线性分布函数的某些特征参数,比如液相介质的RI沿FBG轴向的分布梯度、RI在FBG两端的差值等。基于理论仿真结果,建立了结构化FBG在低RI区(1.330～1.360)对液相介质的RI梯度进行测量的线性近似理论模型。通过相关实验研究,证明了理论仿真和分析的合理性及基于结构化FBG的RI梯度传感器在现实应用中的可行性。     

周期性层状铁氧体-电介质复合材料中导模模式的有效负折射率

运用等效传输线法研究了周期性层状铁氧体-电介质/金属复合材料导模模式的有效折射率.通过对复合材料导模模式的色散特性和有效折射率的分析和计算，发现负折射率只能出现在TE模式激励下的某一频带内.在负折射率频带内的电磁损耗与复合材料中介电材料的性质密切相关，减小介电损耗可以有效降低复合材料的损耗，但过分小的介电损耗则会导致负折射率的消失. 关键词： 负折射率 导模模式 等效传输线法     

包层模谐振特种光纤及传感特性研究

研究了一种具有双包层结构的包层模谐振特种光纤,该特种光纤具有一个低折射率内包层,基于耦合模原理,纤芯模与包层模之间发生谐振耦合,从而获得具有带阻特性的传输光谱.系统介绍了包层模谐振光纤的制备、传输原理及其弯曲、溶液折射率、折射率/温度双参量等传感特性.实验和理论研究结果表明,包层模谐振特种光纤对于弯曲、溶液折射率参量具...     

Fiber core mode leakage induced by refractive index variation in high-power fiber laser

This paper presents an investigation of specific optical fiber core mode leakage behavior that occurs in high-power double-clad fiber lasers as a result of thermally-induced refractive index variations. A model of the power transfer between the core modes and the cladding modes during thermally-induced refractive index variations is established based on the mode coupling theory. The results of numerical simulations based on actual laser parameters are presented. Experimental measurements were also carried out, the results showed good agreement with the corresponding simulation results.     

双包层光纤折射率研究及纤芯结构优化设计

采用Matlab和Comsol建立单模光纤内激光传输模型,对双包层内光纤折射率和纤芯结构对光能量分布的影响进行了理论研究。系统分析了光纤芯径与数值孔径、归一化频率和功率填充因子的关系,依据得到的结果进一步采用多模物理耦合仿真方法对不同类型的单模双包层光纤纤芯的能量分布进行仿真,探索了不同折射率分布情况对纤芯能量分布的影响。计算和仿真结果表明：凹面折射率分布光纤的光斑模场面积最大,单位面积的功率分布最低。针对大功率光纤激光器的应用需求设计了工作波长为1.064 m、纤芯直径为10 m、凹面直径为8 m、数值孔径为0.12的单模凹面折射率双包层光纤,为提高光纤泵浦效率、降低纤芯的能量密度提供了思路。     

光纤折射率剖面的折射近场法测量的研究

本文叙述了折射近场法(简称RNF)测量光纤折射率剖面的基本原理及实验方法.提供了对单模光纤和多模光纤的测量结果,并与反射法、近场法进行了比较.实验中获得空间分辨率优于0.8μm,折射率灵敏度优于2×10~(-4).     

Temperature dependence of the refractive index of optical fibers

Many experimental investigations on the temperature dependence of the refractive index of optical fibers have been reported previously, however a satisfying theoretical explanation for it is still absent. In this paper, a theoretical model about the temperature dependence of the refractive index of optical fibers is presented and it is in agreement with the previous experimental results. This work is a significant reference for the research and development of temperature sensors based on optical fiber delay lines.     

透射式微分干涉显微镜测量光纤折射率分布

提出一种由两组偏光棱镜组成的透射式微分干涉系统,用来测量光纤的折射率分布。系统利用旋转检偏器对测量光束进行调制,从相位分布和光程分布中计算出折射率分布。介绍了测量原理、测量公式、系统组成及典型应用。用该系统对光纤折射率进行实际测量,给出渐变折射率光纤的二维分布,及折射率沿轴向的分布图,同时还在NR 9200光纤测试仪上进行了测试。结果表明,系统原理正确,结构简捷,具有足够分辨率和测量精度,抗干扰能力强,不破坏光纤,还可测量包层和芯层的直径,发现光纤加工过程中的缺陷,特别适合加工、焊接等工艺过程中的检测。     

长周期光纤光栅折射率特性仿真的新方法

基于长周期光纤光栅的模式耦合机理,提出一种快速模拟长周期光纤光栅折射率特性的方法。该方法在计算包层模式的有效折射率时分开计算,在环境折射率小于包层折射率时采用二分法和分步搜索法结合计算包层模式的有效折射率,在环境折射率大于包层折射率时采用Nelder-Mead加分步搜索法求解包层模式的有效折射率。在应用谐振波长的决定式求解与环境折射率的匹配的谐振波长时,采用变区间应用二分法求解而不是传统的逐步搜索法求解谐振波长。数值结果与实验结果做了对比,两者基本一致。实践证明,该方法方便快捷,比一般的方法速度提高7倍以上。     

基于光纤气泡和纤芯失配的Mach-Zehnder干涉液体折射率传感器

介绍了一种基于光纤气泡和纤芯失配的Mach-Zehnder干涉液体折射率传感器. 将两根纤芯经过腐蚀的普通单模光纤熔接在一起, 在熔接点处形成一个气泡, 在距气泡20 mm处级联一段20 mm的细芯光纤, 再接入一段单模光纤, 形成单模光纤-气泡-单模光纤-细芯光纤-单模光纤结构的传感器. 气泡与光纤芯径失配处的两个节点起到光纤耦合器的作用, 从而形成光纤Mach-Zehnder干涉仪. 环境液体折射率的变化,将使得传感器透射谱能量发生变化, 通过测量干涉谱波峰峰值能量从而实现对折射率的测量. 并对所制作传感器的折射率响应特性进行了实验研究, 实验结果表明干涉谱波峰峰值能量与环境液体折射率之间存在良好的线性关系, 当环境液体折射率变化范围在1.351–1.402时, 响应灵敏度为143.537 dB/RIU, 线性度0.996. 该传感器在生物化学领域有较好的应用前景. 关键词： 光纤气泡 纤芯失配 Mach-Zehnder干涉仪 折射率传感     

测量光纤折射率分布还原算法的研究

用透射式微分干涉法测量光纤内部折射率分布,其原理是利用旋转检偏器对测量光束进行调制,从相位分布和光程分布中计算出折射率分布。其中,从光程分布中解算出折射率分布的算法是关键。讨论了该算法的数学模型,推导了测量公式,并对算法的稳定性和误差进行了分析。利用自行研制的系统对渐变折射率分布光纤进行实测,与在NR 9200光纤测量仪上的结果进行了比较,对主要误差源进行了分析和计算机模拟。实测和模拟计算结果表明,该算法原理正确,系统稳定,测量精度优于10-3,完全可以用来测量光纤折射率分布。     

光学系统折射率温度效应的模拟计算

提出一种计算折射率温度效应的新方案。该方案通过拟合有限元热分析得到离散节点温度,在透镜中建立连续的温度场。在计算CODE V光线追迹时,自编子程序根据追迹点的温度和输入数据,实时计算并返回相对折射率及其梯度信息,使折射率温度效应导致的光程变化的计算更为准确。在计算时可以把波长、大气压、折射率温度系数等作为自定义参量,输入到子程序中,使相对折射率的计算更为灵活。最后对一个红外光学系统进行了计算误差分析,得到了像质的变化情况,验证了该方案的可行性。     

改进的全矢量有效折射率方法分析光子晶体光纤的色散特性

得到了全矢量有效折射率方法中归一化等效纤芯半径(p/Λ)随归一化空气孔直径(d/Λ)和归一化频率(Λ/λ)的变化关系，修正了p/Λ为固定值的不合理取法，得到了改进的全矢量有效折射率方法(IFVEIM).用IFVEIM计算的基模有效折射率和总色散等模式特性与多极法的结果和试验值相比较都具有很好的一致性，将基模有效折射率的误差减小了2—3个数量级.用IFVEIM详细地分析了光子晶体光纤的色散特性，得到了色散值、波长、孔间距、d/Λ之间的相互变化关系. 关键词： 光子晶体光纤 有效折射率方法 等效纤芯半径 色散