双波长相移光纤光栅的光谱特性及传感应用

建立了双波长相移光纤光栅的理论模型,对双波长相移光纤光栅的透射谱特性进行了数值仿真,结果表明透射波长间隔会分别随相移量、折射率调制深度和光栅长度的变化而有规律地增减.借助光纤布拉格光栅的法布里-珀罗腔谐振相位条件计算了透射峰间隔的表达式,该表达式得到的透射峰间距曲线与数值仿真得到的曲线相符合,验证了数值仿真结果的正确性.最后,在光栅透射谱波长间隔变化规律的基础上提出一种传感方案,并对光栅的温度传感特性进行分析,理论推导得到灵敏度约为60pm/℃.     

相移长周期光栅长度切趾光谱特性

应用耦合模理论和传输矩阵法分析了长周期相移光栅的光谱特性,比较了折射率切趾和长度切趾所产生的不同光谱结构,并分析了长度切趾中不同的切趾函数及光栅长度对光谱结构的影响.讨论了长度切趾的旁瓣增强效应,发现了一些新的有益结果.     

级联长周期光纤光栅的光谱特性研究

级联长周期光纤光栅的透射谱具有干涉峰的振幅大、谱型丰富等优点。利用传输矩阵法分析了级联及相移长周期光栅的光谱特性,研究了级联光栅间距、位置和相移对光栅谱的影响,并对级联及相移长周期光栅谱进行了比较。结果表明:两者光谱特性在光栅间距长度与光栅周期之比较小或级联位置靠近光栅两端时具有较强的一致性。对相移长周期光栅而言,当引入多个相移时,两个主阻带间的通带宽度随着引入的相移个数的增多而逐渐变宽。     

非均匀应变场下相移光栅光谱特性及其实验研究

采用传输矩阵法系统研究轴向非均匀应变场下相移光栅光谱特性,对均匀应变、线性应变、二次应变以及三次应变分布下相移光栅反射谱进行仿真,分析应变分布函数各项系数对反射率、通透带宽、透射窗口对应波长以及光谱形状的影响,并得出规律性结论。基于不同形状悬臂梁组建应变调谐实验装置,利用有限元法计算固定于不同形状悬臂梁表面相移光栅栅区应变分布,结合数值计算结果进行相移光栅应变调谐实验,研究相移光栅栅区轴向在均匀应变场、线性应变场以及二次应变场下相移光栅的反射光谱,实验结果表明在不同应变场下相移光栅反射谱呈现规律性变化,与仿真结果很好吻合。     

双体布拉格光栅光谱反馈特性的理论研究

基于Kogelnik理论模型,以平面波为入射光,分析了双体布拉格光栅（VBG）的反馈特性。理论分析表明,采用双VBG结构,通过控制两个VBG的中心波长差,可以使光栅反馈的效率提高,带宽加宽。对于由两块带宽100 pm、衍射效率20%的VBG组成的双VBG反馈系统,中心波长相同时,衍射效率最大（33.3%）;中心波长相差84 pm时,其带宽为单VBG带宽的1.8倍（180 pm）。由于VBG的中心波长存在温度漂移特性,因此通过改变双VBG结构中VBG的温度可以实现衍射效率和带宽的改变,为泵浦源的优化提供有效可行的方法。     

双体布拉格光栅光谱反馈特性的理论研究

基于Kogelnik理论模型,以平面波为入射光,分析了双体布拉格光栅（VBG）的反馈特性。理论分析表明,采用双VBG结构,通过控制两个VBG的中心波长差,可以使光栅反馈的效率提高,带宽加宽。对于由两块带宽100 pm、衍射效率20%的VBG组成的双VBG反馈系统,中心波长相同时,衍射效率最大（33.3%）;中心波长相差84 pm时,其带宽为单VBG带宽的1.8倍（180 pm）。由于VBG的中心波长存在温度漂移特性,因此通过改变双VBG结构中VBG的温度可以实现衍射效率和带宽的改变,为泵浦源的优化提供有效可行的方法。     

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。     

镀膜相移长周期光纤光栅大间隔双峰滤波特性

研究了镀膜相移长周期光纤光栅(PS-LPFG)工作于相位匹配转折点(PMTP)时的大间隔双峰滤波特性。LPFG工作于PMTP时,纤芯模与高次包层模耦合产生的损耗峰3dB带宽可达288nm以上,在此LPFG中点引入单个π相移时在中心波长两侧出现的两个阻带峰间隔达388nm,远大于低次包层模耦合π相移LPFG的双峰间隔。在LPFG中均匀地引入M(M>1)个π相移时,双峰间隔随M的增大而增大,M为奇数时,中心波长损耗为0;M为偶数时,中心波长损耗随M的增大而减小。薄膜折射率与厚度的增加都将使两个阻带峰向短波长方向移动并增大双峰间隔。光栅长度的增大在改变双峰峰值损耗的同时使双峰间隔逐渐减小。     

影响相移光纤分布反馈激光器的增益阈值的因素

本文从理论上分析了在光纤光栅的调制度一样的情况下,影响光纤分布反馈激光器的增益阈值的几个因素:相移量的大小,相移区的长度以及相移区在光纤光栅中的位置.     

啁啾莫尔光纤光栅特性的研究

较全面地分析了啁啾莫尔光纤光栅的特性。介绍了啁啾莫尔光纤光栅的发展与应用前景。提出了利用薄膜传输矩阵的方法来计算光纤光栅 ,这种算法将光栅视为多层均匀薄膜的叠加 ,利用传输矩阵计算光栅特性 ,并将这种算法与其它相关算法进行了比较。作为一种滤波器 ,啁啾莫尔光纤光栅的透射特性尤为重要 ,针对这种光纤光栅的长度、啁啾量及相移等重要参数计算了光栅的透射率变化 ,并对结果进行了优化数值分析 ,得出了它们之间的关系     

A phase-shifted linearly chirped fiber Bragg grating with tunable bandwidth

We demonstrate a new method to broaden and adjust the transmission bandwidth of a phase-shifted linearly chirped fiber Bragg grating (PS-LCFBG) after its fabrication. A movable thermal head is used to heat the PS-LCFBG at a small contact point. The original ultra-narrow transmission bandwidth of the PS-LCFBG can be broadened due to both the presence of the passband peak caused by the thermally-induced temporary phase shift and the passband caused by the thermally-induced local Bragg wavelength shift. The transmission bandwidth of the new passband peak can be adjusted by changing the position of the thermal head. The transmission bandwidth of the PS-LCFBG can be broadened from <10 pm to 0.16 nm, and can be tuned from 0.16 to 1.05 nm.     

极窄带宽的布拉格光纤光栅光谱特性研究

根据理想模展开下的耦合模方程，对光纤布拉格光栅的峰值反射率公式进行了数学推导，得到了布拉格光纤光栅的光谱反射率表达式。全面讨论了光栅周期、光纤栅长、光致折射率微扰最大值等参数与光纤光栅反射光谱的关系。仿真结果显示了固定参数下布拉格光栅的极限窄带宽，得到的反射率为1、带宽为0.02nm的窄带宽布拉格光栅，比现今分布式传感系统中使用的布拉格光栅的带宽窄1个数量级。这种布拉格光纤光栅用于分布式传感系统，可大大提高分布式传感系统中光源的带宽利用率，消除各信号间的相互串扰，提高传感光栅复用数目，降低解调系统成本。     

光纤布拉格光栅及其应用

近年来新型的紫外激光写入的光纤布拉格光栅元件（ＦＢＧ）以其具有直接写人光纤芯区、插入损耗小、易于全光集成及波长选择性好、传感信息对波长绝对编码等优点,成为国内外光纤技术领域的研究热点。该论文综述了ＦＢＧ制作技术的进展,介绍和比较了各种制作方法的优缺点,对ＦＢＧ在光纤通讯、光纤传感器等方面的应用前景进行了分析和说明,结果表明ＦＢＧ将对整个光纤技术领域产生重要的影响。     

激光多普勒测速精度分析

激光多普勒测速（ＬａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒＶｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）以其高精度、使用方便而在速度测试领域得到广泛的应用。人们也因此而忽视了对影响其测试精度的因素进行系统的分析。为此,本文主要对影响激光多普勒测速精度的因素作了具体分析。主要分析了有限渡越时间、测控体中的示踪粒子、光电探测器、激光束定位等因素,并提出了在具体实验时的注意事项。     

倾斜光纤光栅温度传感透射光谱研究

利用耦合模原理,研究了倾斜光纤光栅的温度传感原理,分析了基模及高阶模透射谱的温度特性,仿真模拟了基模谐振波长和高阶模谐振波长的温度漂移特性,研究了倾斜角度对谐振波长的影响。结果表明:各个模式的谐振波长均随温度线性增长;倾斜角度的增加,中心波长不漂移,透射带宽变窄。其结果对倾斜Bragg光纤光栅的生产和应用具有一定的指导作用。     

Tunable phase-shifted fiber Bragg grating based on a microchannel fabricated by a femtosecond laser

A phase-shifted fiber Bragg grating(PS-FBG) based on a microchannel was proposed and realized by combining the pointby-point scanning method with chemical etching. The PS-FBG is composed of a fiber Bragg grating(FBG) and a microchannel through the fiber core. The microchannel can introduce phase shift into the FBG. What is more important is that it exposes the fiber core to the external environment. The phase shift peak is sensitive to the liquid refractive index, and it shows a linear refractive index response wavelength and intensity sensitivity of 2.526 nm/RIU and-111 d B/RIU, respectively.Therefore, such gratings can be used as sensors or tunable filters.     

Motion characteristics of Bragg grating solitons in rectangle-apodized fiber Bragg gratings

We introduce both concave and convex rectangular apodizations in the middle of fiber Bragg gratings to achieve slow light. Based on the nonlinear coupled mode equations (NLCMEs), the transmission characteristics of grating solitons in rectangle-apodized gratings are numerically simulated and analyzed. The rectangular apodization can change the grating coupling coefficient to give rise to slow and capture the solitons in gratings. The effects of the soliton energy parameters, the width of rectangular apodization and the variation of the coupling coefficient on the soliton transmission are presented. The results show that, the velocity of solitons can be slowed down, and the capability to capture a soliton depends on the energy of input solitons, coupling coefficient, and the rectangular width. Two kinds of soliton capture methods are proposed and compared with each other.     

Design of an optical temporal integrator based on a phase-shifted fiber Bragg grating in transmission

We present a theoretical study of a new application of a simple pi-phase-shifted fiber Bragg grating (PSFBG) in transmission mode as a high-speed optical temporal integrator. The PSFBG consists of two concatenated identical uniform FBGs with a pi phase shift between them. When the reflectivities of the FBGs are extremely close to 100%, the transmissive PSFBG can perform the time integral of the complex envelope of an arbitrary input optical signal with high accuracy. As an example, the integrator is numerically shown to be able to convert an input Gaussian pulse into an optical step signal.     

Simulation of amplifying phase-shifted fiber Bragg gratings by the method of single expression

An advanced method of single expression (MSE) is used for simulation of uniform and phase-shifted amplifying fiber Bragg gratings (FBGs) as potential narrowband transmission filters-amplifiers. In MSE the solution of Helmholtz's equation is represented in a special form of a single expression, which enables the exact solution of the corresponding boundary problem by means of numerical integration. Spectral dependences of amplifying uniform and π phase-shifted FBG are obtained. The electric field and power flow density distributions within and outside of amplifying FBGs permit to understand electrodynamically the process of amplification in modulated media. Amplification at transparency points of spectral dependences of uniform and π phase-shifted FBGs indicates essential gain accumulation against other parts of the spectrum. Amplification turns over uniform FBG from the stop-band filter to the narrow pass-band filter-amplifier with two sharp peaks at both edges of the stop-band region of corresponding FBG without gain. In amplifying π phase-shifted FBGs only one amplified narrow transmission peak appears at the center of the spectral dependences that is more acceptable for contemporary DWDM systems.     

耐高温光纤Bragg光栅的响应特性研究

以耐高温光纤光栅和普通的光纤光栅为实验研究对象,研究了其高温特性。普通的FBG，当温度超过300℃以上，光纤光栅已变黑变脆，虽然有传感特性，但已不能在实际中应用；通过对耐高温光栅裸栅进行300℃以上的高温实验，发现耐高温FBG处于20℃～350℃之间时反射波长与温度之间有着良好的线性关系，且光栅性能良好，没有出现被碳化现象，灵敏度为0.01nm/MPa；随着温度进一步升高，FBG反射波长与温度开始呈现非线性关系。实验结果表明，耐高温光栅适合于高温油气井下应用。