多模光纤中简并模式群的分别探测

用多模倾斜光纤光栅(Tilted fiber Bragg grating,TFBG)实现多模光纤中简并模式群(Degenerated modegroup,DMG)的分别探测。多模倾斜光纤光栅将光纤中的导模耦合到辐射光线,用透镜将辐射光线聚焦在焦平面上,使非简并模式群对应的辐射光线的像在焦平面上分离。在焦平面上用空间滤波器使简并模式群选择透过并进行分别探测。用芯径为62.5μm的标准通信多模光纤进行了简并模式群分别探测实验,用单模光纤激励多模光纤,测量简并模式群功率随激励光纤的横向对准偏差的变化关系。低阶简并模式群的测量结果与仿真计算结果基本一致,高阶简并模式群的测量结果与仿真结果有一些不同。用倾斜光纤光栅进行单简并模式群激励,在单简并模式群条件下测量简并模式群耦合效率的想法还需进一步实验验证。     

用于光纤Sagnac干涉仪的全息耦合器

我们利用重铬酸明胶作为全息记录介质,制得了分光比接近1:1,总衍射效率超过60%的双重全息透镜.本文讨论了这种全息透镜作为Sagnac光纤干涉仪的耦合器的优点,并给出了初步的实验结果.本文还推导了倾斜光栅的Q因子,提出了全息光栅的等效Bragg定律,并通过它们设计出所需的全息透镜.     

多模光纤Fabry-Perot干涉仪的分析

本文分析了多模梯度光纤Fabry-Perot干涉仪的干涉光场分布,讨论了弯曲损耗、光源单色性以及耦合系数等因素对干涉条纹清晰度的影响.     

分布式光纤超声传感器用于检测电缆接头放电故障

光纤传感技术的长距离传输和分布式检测的优势在电缆线路的状态监测领域具有很大的应用价值。利用相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)对电缆接头故障诊断中的局部放电进行研究。瑞利散射相干光信号具有随机特性,其方差变量可作为弱小超声信号的检测量。在电缆局部放电实验中,将5个光纤环传感器绕制在电缆接头上特定的超声监测点,以此来验证Φ-OTDR系统的分布式定位检测能力。实验同时对比了局部放电的电测法和光纤声测法的信号特征,并利用压电传感器来校正5个光纤环传感器的位置,以验证Φ-OTDR分布式光纤超声传感器在局部放电测量中的特性。     

基于多模光纤偏芯熔接实现温度和折射率同时测量的光纤传感器

利用偏芯熔接的方法,研制出一种可实现温度和折射率同时测量的光纤传感器。该传感器将一段多模光纤MMF2的左端与一芯径与长度均相同的多模光纤MMF1偏芯熔接,右端与一大芯径多模光纤MMF3对芯熔接构成传感头,利用多模光纤纤芯模和包层模对温度、折射率的敏感性差异,结合敏感矩阵实现了双参量同时测量。实验选取了位于1536.98nm和1545.24nm处的干涉谷进行了温度和折射率的测量,测得1536.98nm处的干涉谷对温度的灵敏度为0.105nm/℃,对折射率不敏感;1545.24nm处的干涉谷对温度的灵敏度为0.052nm/℃,对折射率的敏感性为32.2nm/RIU(RIU表示单位折射率)。该传感器也可应用于其他参量的测量,具有良好的应用前景。     

基于表面石墨烯修饰的锥形多模光纤温度传感器

提出了一种基于表面石墨烯修饰的锥形多模光纤温度传感器.它由两段普通单模光纤(SMF)之间熔接一段锥形多模光纤(TMMF)构成,并通过液相转移法转移石墨烯薄膜至锥形多模光纤表面.石墨烯与锥形光纤光场相互作用,当外界温度发生改变,表面石墨烯修饰的锥形多模光纤所形成的复合波导的有效折射率随之变化,最终导致其光传输损耗发生变化...     

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。     

具有波长标定功能的多模光纤温度传感器

给出了基于宽谱光源问讯的具有波长标定功能的多模光纤温度传感器理论分析,指出光谱中凹陷所对应的特征波长位置是由多模光纤中激励起的多个传输模式再次耦合到引出单模光纤中进行干涉决定;特征波长由多模光纤的芯径、长度、纤芯和包层折射率决定.利用提出理论对光源光谱ASE的光谱范围中出现的特征波长的个数进行了分析模拟,并优化设计了只出现一个特征波长的多模光纤温度传感器,制作了三个长度分别约为4 cm,5.5 cm和10 cm的只有一个特征波长的多模光纤温度传感头,利用毛细玻璃管进行了封装, 并利用分辨率为0.01 nm的光谱分析仪进行了温度测量实验,发现温度与特征波长漂移的线性关系约为13 pm/℃.     

用于光纤光栅解调的波长敏感光纤耦合器

为了拓宽光纤耦合器的使用范围,开发光纤耦合器的新功能,采用熔锥技术制作波长敏感耦合器,该耦合器在分光的同时对波长敏感。通过耦合理论验证实验结果,实验数据与理论值相符合。实验中得到波长灵敏度最大值为17.86%/nm的耦合器。采用拉锥工艺制作波长敏感耦合器工艺简单,耦合比峰值对应波长控制易于实现。该耦合器可用于光纤光栅布拉格波长漂移解调。令待解调光纤光栅布拉格波长与耦合器波长灵敏度最大值对应的波长一致,当波长发生漂移时,耦合器输出耦合比发生变化。自制的波长敏感耦合器实现了对布拉格波长为1566.71 nm光纤光栅波长漂移的解调,波长漂移1.80 nm,耦合比变化20.34%。此种解调方式具有光路简单,易于与光纤匹配的优点,可以应用在大型建筑中光纤光栅的健康监测。     

金属覆层光纤探针近场特性研究

采用有限积分法对用于近场光学显微镜的旋转对称光纤探针进行了数值模拟计算,研究了光纤探针开口附近亚波长范围的电磁场及其能量密度的分布.计算结果表明,在探针外,光场为沿探针轴线方向的近逝波,其空间光场的分布与激励光场及其极化方向有关,在激励光场的极化方向出现了由感应电荷引起的边缘增强效应.同时研究了近场光纤探针的空间分辨率和样品处的电磁场能量,结果表明光纤探针孔的尺寸及其与样品的作用距离是影响探针的分辨率和样品内电磁场能量的重要因素.     

Elliptically birefringent optical fiber transmission characteristics

This paper presents a rigorous analysis of spun hi-bi (highly birefringent) fibers, loosely categorized as elliptically bi fibers, via the initial value problem approach. Two kinds of transmission problem are treated. In the single-eigenmode transmission regime, it is found that the major technological difficulty inherent to spun hi-bi fibers concerns excitation of the eigenmode, which strictly requires that the launched light be exactly oriented in conformity with one or the other local principal axes of the fiber and, meanwhile, that the ellipticity of the launched light be exactly equal to the eigen-ellipticity of the same fiber. In the second kind of problem that involves the interaction of two eigenmodes, a basic result is derived to show that an arbitrary polarization mode of excitation will reproduce itself in integer multiples of the local beat length. Such a kind of transmission regime is relieved of the excitation difficulty but, because of being severely length-sensitive, is inherently impractical from the application viewpoint.     

Elliptically birefringent optical fiber transmission characteristics

Abstract

This paper presents a rigorous analysis of spun hi-bi (highly birefringent) fibers, loosely categorized as elliptically bi fibers, via the initial value problem approach. Two kinds of transmission problem are treated. In the single-eigenmode transmission regime, it is found that the major technological difficulty inherent to spun hi-bi fibers concerns excitation of the eigenmode, which strictly requires that the launched light be exactly oriented in conformity with one or the other local principal axes of the fiber and, meanwhile, that the ellipticity of the launched light be exactly equal to the eigen-ellipticity of the same fiber. In the second kind of problem that involves the interaction of two eigenmodes, a basic result is derived to show that an arbitrary polarization mode of excitation will reproduce itself in integer multiples of the local beat length. Such a kind of transmission regime is relieved of the excitation difficulty but, because of being severely length-sensitive, is inherently impractical from the application viewpoint.     

基于无芯-少模-无芯光纤结构的温度传感特性研究北大核心CSCD

提出了一种基于无芯-少模-无芯光纤结构的温度传感器,对传感器进行了理论分析和实验研究。该传感器将无芯光纤(coreless fiber,CLF)与少模光纤(few-mode fiber,FMF)同轴熔接,构建无芯-少模-无芯的光纤结构,结构两端熔接单模(single mode fiber,SMF)光纤作为输入输出光纤,第1段无芯光纤与单模光纤的模式失配起到激发高阶模的作用,少模光纤中的LP01与LP11两种模式沿少模光纤纤芯传输,在第2段无芯光纤的作用下LP01与LP11两种模式重新耦合回单模光纤,LP01与LP11两种模式发生干涉,形成干涉光谱。当外界温度变化时,两种模式的光程差发生变化,干涉光谱的干涉波谷发生漂移,选取2个不同的干涉波谷作为特征波长,进行实验分析。实验结果表明:波长在1550 nm和1534 nm附近的干涉谷均发生红移,相应的温度灵敏度分别为68 pm/℃和44.5 pm/℃。该传感结构制作简单、灵敏度高,有很好的应用前景。     

Investigation of PZT driven tunable optical filter nonlinearity using FBG optical fiber sensing system

The nonlinearity of a piezo-electrical transducer (PZT) driven tunable optical filter (TOF) is investigated and evaluated using FBG optical fiber sensing system including a broadband optical source and a tunable laser (TL) with a group of fiber Bragg gratings (FBGs). Polynomial fit is adopted to model the nonlinearity. Under three-order polynomial fit, the random error in wavelength measurement using this TOF and a reference FBG is minimized to be below 20 pm. At the same time, the absolute error in wavelength measurement is kept below 0.25 nm. Under four-order or higher polynomial fit, a sharp increase of the random measurement error is observed. This research reveals the possibility of using PZT driven TOFs in optical spectroscopy where high resolution, high-accuracy, and fast time-response is required.     

干涉型光纤声传感器的研究

本文对光纤声传感器的压力灵敏度作了理论分析,且分析讨论了非均匀压力下的灵敏度,实现了直流相位跟踪零差检测(PTDC)系统,并测定了声压与输出电信号的关系,采用5m长光纤得到声压检测阈值为200μPa.     

基于多模光纤散斑的压缩感知在光学图像加密中的应用

为了安全高效地对图像信息进行传输,提出了一种新颖的基于多模光纤散斑的压缩感知结合双随机相位编码的光学图像加密方法.多模光纤产生的光斑作为压缩感知的测量矩阵,完成对图像的第一次压缩和加密,并且充当第一级密钥;再利用双随机相位编码技术进行第二次加密,实现对图像的完整加密过程,随机相位掩模板充当第二级密钥,解密过程与此相反.通过将光斑测量矩阵与用于压缩感知的常用随机测量矩阵进行对比研究后发现,使用光斑测量矩阵解密后的图像质量更好,而且相比于其他随机测量矩阵在硬件实现上的复杂性与高成本,光斑矩阵可以很容易地通过简单的光学器件来获得,且可以利用工作波长的改变来进行变换,也即第一级密钥非常容易变换.同时经研究表明,本文方法可以有效抵抗统计分析、噪声干扰和剪切等攻击,且对密钥敏感性高,具有良好的鲁棒性和安全性.因此,本文提出的这种基于光斑矩阵的压缩感知与双随机相位编码结合起来的加密方法,可以获得良好的加密效果与极大的密钥空间,并且易于在光学领域整合.     

An estimation of the baseband transfer function of multimode optical fibers

This paper discusses an alternative criterion for estimating the baseband transfer function of multimode optical fibers. The optical fibers having little mode conversions show that the baseband frequency characteristics are affected strongly by the launching condition of an input optical pulse. In the criterion presented here, the baseband transfer function in such fibers is estimated by considering the launching condition that excites all fiber modes uniformly in amplitudes. In order to obtain such a transfer function, the actual responses affected by the launching conditions are measured together with the modal power distributions for different kinds of launching conditions. A numerical procedure is then presented that enables us to derive the baseband transfer function independently of modal power distributions. Experimental results at λ x= 633 nm and 856 nm are presented for step index fibers (0.1 and 0.2 km long) having a core radius of 30 pm (its refractive index is 1.452) and a refractive index difference of 0.7%.     

基于ZEMAX的LED光源与光纤的耦合系统设计

在原有金属卤化物光源与光纤耦合结构的基础上,提出了一种新的光纤耦合方案,为了满足光供电系统的光功率需求,根据几何光学的理论,提出一种新的LED光源阵列排布方案。在对LED的发光特性研究的基础上,设计了一种新的光学准直方法,运用ZEMAX软件进行仿真,并对透镜参数进行了优化,准直结果角度控制在了±4°范围内。针对光束尺寸与光纤的匹配问题,进行了聚焦耦合设计,弥散斑的RMS尺寸大小为7.410μm,GEO点尺寸为16.091μm,光学系统95%以上的能量集中在20μm范围之内,达到了很好的耦合效果。     

激光点火系统用高功率光纤光开关

仿真和实验研究了一种控制Nd:YAG脉冲激光能量通断的光纤直接连接型光开关。建立光纤耦合模型,分析了光纤对准误差中对耦合效率的影响,其中横向偏移的影响最显著。采用微机电系统V型槽固定光纤,微小型凸轮作为制动器,步进电机驱动凸轮旋转,微小型凸轮与移动光纤相切,带动光纤移动,实现两光纤的错开和对准。制造了这种高功率直接连接型光纤光开关原理样机,并进行了主要性能测试。测试结果表明,这种光开关能够满足激光点火系统的大容量、高隔离度的要求。     

Extension of sensing distance in a ROTDR with an optimized fiber

A sensing fiber, with a gradually increasing Raman-gain-coefficient (g_R/A_eff)along the fiber length, and which can keep the received Raman Stokes power constant in a distributed Raman-based Fiber-optic temperature Sensor, is proposed. This method can be an additional and easy way to further extend the sensing distance of the distributed Raman Fiber-optic temperature Sensor.