偏心激励聚合物光纤横截面的光功率分布

研究了偏心激励多模聚合物光纤横截面的光功率分布。用光线追迹法计算了不同的激励源偏心距离和光纤长度时,光纤出射端横截面的光功率分布,并用二维CMOS图像探测器阵列进行了测量。数值计算和实验测量的结果均表明随着激励源偏心距的增加,光功率分布由光纤轴心向外偏移并形成环状;光功率分布在圆周方向的均匀性随着光纤长度的增加而趋于均匀。对中心激励的弯曲光纤光功率分布的测量结果表明,当弯曲曲率半径远大于临界曲率半径时,光功率分布无显著展宽,光功率分布随曲率半径的减小而向曲率外侧偏移;当光纤弯曲半径接近于临界曲率半径时,光功率分布显著展宽。     

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。     

圆芯边孔光纤的应力区和双折射

报道了圆芯边孔光纤(CSF)中应力分布和双折射的研究结果。用有限元法建立了求解圆芯边孔光纤横截面应力和双折射的计算模型,分析了圆芯边孔光纤横截面应力和应力双折射的分布形态,给出了详尽的物理解释。计算结果表明圆芯边孔光纤的横截面上出现应力分量的拉应力区和压应力区,应力区在纤芯附近对称分布,且不同应力区中应力双折射取向不同。应力分量和应力双折射在圆芯边孔光纤横截面上积分为零。圆芯边孔光纤的几何双折射随波长增加而增大,短波长处几何双折射为零,模式双折射等于应力双折射,随着波长增加,模式双折射逐渐偏离纤芯中心处应力双折射而靠近几何双折射,到长波长处模式双折射主要是几何双折射。对于不同材料组成和结构尺寸的圆芯边孔光纤,模式双折射的数值在10-5量级,随波长增加模式双折射先减小后增加。     

多模光纤散斑场的纵向偏振调控

相干光经过多模光纤传输,在出射端形成一个随机的散斑场。对于非保偏多模光纤,还将出现退偏现象,使得入射的线偏振光不再保持线偏振分布。因此,非保偏多模光纤散斑场的随机性不仅表现在光强方面,也表现在偏振方面。基于反馈波前整形技术,实现了对多模光纤出射端无序散斑场的光强和偏振的调控,获得了光强集中的聚焦线,并且可以有效控制聚焦线的偏振分布。     

任意多包层光纤模场的数值解法

利用非等距差分法进行一阶和二阶微分近似,对任意多包层光纤的半径和折射率分布进行非线性网格划分,对亥姆霍兹方程进行数值化,用Matlab编程求解特征矩阵方程,得到准确的单模、多模光纤模场分布,计算出五包层色散平坦光纤的归一化模场.结果表明,非等距差分法既可以保证运算的准确度,又能够提高运算速度,为深入研究光纤的其它特性奠定基础.     

多模光纤束产生的散斑场全息照相

本文在分析相干光激励下多模光纤束的辐射特性的基础上,提出了以多模光纤束产生的激光散斑场作为物体照明光波和参考光波的散斑场全息照相理论和实验技术,给出了与理论相一致的实验结果,同时也讨论了散斑全息照相在全息干涉计量中的应用.     

多模光纤中基于模斑整形和反馈均衡的传输性能研究

总结了多模光纤用于数据通信的优劣点,并分析多模光纤在未来高速大容量长距离无源光接入网(PON)中应用的可行性。从弱导光纤波导理论出发,忽略模内色散以及非线性效应的影响,建立多模光纤的简化模型,并在该简化多模光纤模型的基础上,采用仿真实验的方式,对一些改善多模光纤传输性能的技术:偏心注入,改变模斑尺寸,环形注入以及判决反馈均衡进行了分析,研究和比较。实验结果证明,采用模斑整形(主要是环形注入)与反馈均衡结合的方式可以有效地改善多模光纤的传输性能,使得10Gb/s信号在多模光纤中传输超过1km。     

多模声波导结构光纤的应变与温度系数计算方法

在基于布里渊拍频谱功率测量的分布式光纤传感中,提出对多模声波导结构光纤的应变与温度系数进行理论计算的方法。布里渊拍频谱的功率与光纤的有效折射率、杨氏模量、泊松比、声光有效面积等参数有关,这些参数会随光纤中应变和温度改变。通过建立应变和温度与布里渊拍频谱功率之间关系,可在已知光纤的折射率分布的情况下,从理论上推导出多模声波导结构光纤的布里渊拍频功率-应变系数和布里渊拍频功率-温度系数。以大有效面积光纤(LEAF)为例,计算了光纤的应变和温度系数,并与实验测量结果进行比较。结果表明,使用该方法得到的理论计算结果与实验值相吻合,验证了该计算方法的有效性。     

熔锥型熊猫光纤耦合器的传输特性分析

熔锥型保偏耦合器的传输特性决定了其光学原理与功能的实现。为了从理论上分析各参量对保偏耦合器传输特性的影响,基于热-结构-电磁多物理场耦合理论,建立了熔锥型熊猫光纤耦合器双锥模型,应用有限元法,分析了各参量对熊猫光纤耦合器传输特性的影响。结果表明应力区与包层折射率差影响耦合区纵向电磁场的分布,折射率差越大,纵向电磁场分布的变形也越大;HE1x1模和HEy11模的传播常量对偏振主轴角度差不敏感,偏振主轴角度差是通过耦合系数进而影响保偏光纤耦合器的消光比的;HE1x1模的传播常量对熔锥的熔锥区横截面椭圆率比较敏感,横截面椭圆率变化6.67%时Δβx11变化0.14%,计算结果表明当熔锥区横截面椭圆率为0.56时可获得较高性能的耦合器。     

中心偏移对阶跃圆柱多模光纤环形出射场的影响

在天文光纤光谱仪中,阶跃型圆柱多模光纤的出射场在有些情况下会变成环形分布的光斑而不是具有高斯分布的圆形光斑,这将对天文光谱测量造成重要影响,不仅引起伪光谱漂移导致光谱测量精度降低,而且还产生伪光谱结构使得原本复杂的天文光谱更加难以分析。利用光线理论对阶跃型圆柱多模光纤的光学传播性能进行分析,揭示了造成环形出射场形成的两大因素:一是入射偏移(包括中心偏移和角度偏移),另一个是圆柱光纤旋转不变性导致的空间光线传播方式。并通过建立入射中心偏移量与出射场环形分布的数学模型,研究了随着中心偏移量增大环形出射场的形成和演化过程,理论分析与实验现象吻合。     

用于CARS激发源的全光纤飞秒脉冲谱压缩

进行了基于光纤预啁啾和自相位调制的多模/单模组合式全光纤啁啾谱压缩研究.提出利用多模光纤模式估计群速度色散均值的方法,并将该估计值作为啁啾参量分析的计算参数,仿真计算了50/125μm折射率渐变多模光纤的群速度色散均值及其与单模光纤在不同长度比值下的光谱压缩效果.采用三种折射率渐变多模光纤进行实验,对比分析了折射率渐变多模光纤的芯径大小及其与单模光纤的长度比值对光谱压缩效果的影响.实验结果表明使用50/125μm折射率渐变多模光纤获得光谱最大压缩比为5.796,谱宽为2.243 nm,与理论仿真一致;使用105/125μm折射率渐变多模光纤,可进一步提高压缩比至152.941,输出谱宽为0.085 nm的光脉冲.将此脉冲用于相干反斯托克斯拉曼散射光谱探测,理论光谱分辨率可达1.386 cm~(-1).     

Bragg空芯光纤中的群速度超光速的理论探讨

运用渐近法计算了多模B ragg光纤的场分布、有效折射率、各模式的色散参量、群速度及TE01模的能量速度。结果表明:各模式色散参量有正有负,但群速度都大于光速,而能量速度不大于光速。     

闪烁光激励下大芯径阶跃光纤系统的时间响应研究

 引入材料色散和漏泄模式光线的传输效应,对D. Gloge多模光纤脉冲响应公式进行修正,利用修正后公式数值计算了在闪烁光激励下纤芯半径为0.1 mm、长50 m的石英阶跃光纤的冲击响应波形,该波形近似一高斯函数,半高宽为3 ns,前沿比后沿慢0.8 ns,且后沿存在拖尾。用该响应波形通过数值方法得到了闪烁体-光纤系统时间响应波形,与实验结果相比较,两者基本吻合。     

双曲余弦-高斯光束经微小孔衍射的轴上光强特性

基于横截面上精确表述的光强和瑞利-索末菲衍射积分公式,通过数值计算分析双曲余弦-高斯光束经微小孔衍射的轴上光强特性,详细讨论了偏心参数、微小孔的孔径a和束腰宽度与波长之比w0/对双曲余弦-高斯光束轴上光强的影响。结果表明:双曲余弦-高斯光束的轴上光强分布依赖于偏心参数、孔径a、w0/参数和传输距离。     

单模及多模光纤折射率分布测量方法研究

通过对几种单模及多模光纤折射率分布测量方法的分析研究，得到单模光纤与多模光纤折射率分布测量方法的根本区别。由于单模光纤芯径比较小，因而只能用波动理论分析其传输机理，其中的远场法和近场法测量都是基于标量亥姆霍兹波动方程，即以单模光纤的基本传输理论进行测量；而多模光纤由于其芯径比较大，故而用射线理论分析其传输原理较为合理。多模光纤的折射近场法和近场扫描法均是以纤芯半径处数值孔径不同，对应的折射模和传导模不同为依据来进行测量的。     

空心光纤中LP01模的场分布

本文用弱导光纤近似分析了空心光纤LP01模的场分布,得出了色散方程,并进行了数值计算.     

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。     

多模光纤受激布里渊散射非相干组束的机理及理论模型

 基于布里渊散射耦合强度方程,分析了多模光纤受激布里渊散射非相干组束的机理,建立了其非相干组束的理论模型,并依据模型进行了理论计算。结果表明：在较长的多模光纤中,受激布里渊散射产生的Stokes光以LP­­₀₁模传输;其非相干组束过程是混合光分解成线偏振光的逆过程;计算的组束功率与T.H.Russel等人的实验结果相一致。最后,分析了组束光强的分布,表明了组束光强对模场尺寸的依赖关系,证明提高组束光强的有效措施是减小组束光的模场半径。     

多模光纤用于激光线宽零拍测量法的原理和实验研究

从理论上对零拍测量法测量激光线宽系统的分辨率进行了计算,并在理论和实验结果中证明多模光纤也可用于光纤延时零拍系统。实验建立起了1064nm、窄线宽、单纵模激光二极管泵浦Nd∶YVO4激光器的延时零拍多模光纤线宽测量系统,并通过这一系统观测和研究了激光的功率谱分布。     

全固态光子带隙光纤第1带隙内模场分布特性

利用多极法计算了全固态光子带隙光纤第1带隙内不同波长处的基模模场分布,得到2维归一化光强分布特性.由于该光纤具有三角形(C<,6v>)的对称结构,影响了光纤内的模场分布,为此计算了该结构两个具有代表性的方向上的模场分布,分析了带隙内两个不同的结构方向上的模场分布特性.结果表明.在长波长区域,两个方向上的模场半径并不相等,但都随波长的增加而减小,其变化规律与全内反射导光的光纤不同.