高折射率芯Bragg光纤的色散特性研究

应用超格子模型分析了高折射率芯Bragg光纤的色散特性，讨论了Bragg光纤的色散的比例性质以及光纤的芯径、包层周期、填充率与波导色散的关系，并利用这些关系举例实现了Bragg光纤在1.55μm附近的宽带色散平坦. 关键词： Bragg光纤 模式 色散 波导色散     

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。     

用等效矩形波导近似研究双模椭圆芯光纤的特性

用等效矩形波导近似，结合一级微扰理论，研究了双模椭圆芯光纤的传播特性，得到了双模运行的Ｖ值范围和Ｅｘ２１模与Ｅｘ１１模之间的双折射、模间色散随归一化频率和椭圆比的变化关系曲线     

含负折射率材料空芯Bragg光纤的束缚损耗特性

将负折射率材料引入到空芯Bragg光纤包层中,形成具有正负折射率介质层交替的空芯Bragg光纤,运用传输矩阵理论对该Bragg光纤的束缚损耗特性进行分析和计算,并与传统的全正折射率介质层Bragg光纤的束缚损耗进行对比。结果发现:在最低损耗方面含负折射率材料的空芯Bragg光纤没有表现出任何优势,但在最低损耗点附近的损耗小于全正折射率介质层Bragg光纤,损耗曲线比较平滑,并且传输波长范围较宽;当空气作为一个介质层的材料时,两种Bragg光纤的束缚损耗特性几乎一致;当减小包层折射率对比时出现了与全正折射率介质层Bragg光纤不同的现象,损耗曲线变的更为平滑,说明传输波长范围变宽了。     

椭圆形高折射率芯Bragg光纤的偏振和色散特性

应用全矢量有限元方法,分析了椭圆形高折射率芯Bragg光纤的偏振和色散特性,详细讨论了光纤结构参量对模式双折射的影响,结果发现：椭圆形高折射率芯Bragg光纤的模式双折射在10－3量级,比传统保偏光纤高出一个量级,且随波长的增加而单调递增;模式双折射随包层低折射率材料填充比的增加而减小,但与包层周期的变化几乎无关.此外,提高椭圆率或材料间的折射率比可显著增强模式双折射.研究结果有助于设计高性能的一维微结构保偏光纤.     

Bragg光纤光栅与光纤传感技术

光纤光栅及其应用技术的出现和发展将成为光纤通信、光纤传感以及在各相关领域中具有变革意义的新一代高新技术。本文对光纤光栅的致光机理、各种典型成栅技术作了评述。阐述了光纤光栅传光原理，并对３Ｓ系统的概念、体系结构和技术上的问题以及研究现状和发展作了综述。     

纤芯失配熔接的高灵敏度光纤折射率传感器

提出并实验验证了一种基于马赫泽德干涉仪(MZI)的高灵敏度光纤折射率(RI)传感器。传感头由一段单模光纤(SMF)夹熔在两段较短的细芯光纤(TCF)中组成TCF SMF-TCF结构,其总长度为9 mm。由于光纤纤芯失配导致的纤芯模和包层模发生干涉,干涉谱对传感头外部折射率的响应极其敏感。使用该传感器检测具有不同折射率的甘油水溶液,实验结果显示:传感器干涉谱的共振波长随环境折射率的增大向长波方向漂移,其折射率灵敏度在1.33 RIU～1.38 RIU范围内约为159 nm/RIU。该传感器具有结构简单、易于制造、成本较低、灵敏度高、抗电磁干扰能力强等优点,在生物化学与环境监测等领域具有较大的应用潜力。     

有限包层Bragg光纤模式的分类与特性研究

Bragg光纤是一种具有全向反射光子带隙的新型微结构光纤。分析了无限包层Bragg光纤中的模式,在此基础上对有限包层Bragg光纤中传输的模式进行了分类。通过对比研究无限包层Bragg光纤中的模式,把有限包层Bragg光纤的模式分为准导模、PML模和泄漏模,并对上述模式的特性进行了简要分析。     

一种对双包层大芯径光纤光栅反射率和纤芯折射率调制估算的方法

报道了一种简单而又实用对双包层大芯径光纤光栅反射率和纤芯折射率调制的估算方法．通过监测和记录光栅刻写过程中光纤激光器输出功率随时间的变化,将实验数据和掺铥光纤激光器的速率方程理论相结合,对刻写光栅反射率和纤芯折射率变化进行估算．光纤光栅的最大反射率大约为96．4％,纤芯折射率调制达到1．2×10^-3．利用显微镜对光栅进行观测,纤芯的折射率调制变化均匀,且周期与模板周期一致．将光纤光栅应用在全光纤化掺铥光纤激光器中,在抽运功率为51．6W时,获得15．5w的1950．6nm激光输出,斜率效率为37．9％,并在输出功率为15w时,利用刀口法测得光束质量M2≈1．4．     

聚合物封装的高灵敏度光纤Bragg光栅温度传感器

将光纤光栅封装于一种有机聚合物基底中,制成温敏元件,测量了20～100℃不同温度下光纤光栅的反射谱.由于基底材料的带动作用,封装后的光纤光栅温度灵敏度为83.07×10-6/℃,是相应裸光纤光栅的12.3倍.     

单层结构光纤布拉格光栅光谱特性研究

基于单模微纳光纤基模有效折射率色散方程和光纤布拉格光栅谐振方程,研究单层结构光纤布拉格光栅光谱特性,并用FH酸化学腐蚀法制得单层结构布拉格光栅.理论和实验结果表明:随着光栅半径减小,单层结构光纤布拉格光栅谐振波长蓝移,且谐振波长个数由5个减少到1个,直至最后完全消失;随着光栅外环境折射率的减小,截止半径缩短,当折射率降到1时,截止半径减为0.55μm.     

少模光纤布拉格光栅折射率传感的分析与测量

理论分析和模拟计算了少模光纤布拉格光栅基模及高阶模的耦合与传输特性,得到在相同外部折射率变化情况下,少模光纤基模与高阶模耦合对应的布拉格波长变化,比正、反向基模之间耦合对应的布拉格波长变化显著增大.实验上制作了少模光纤布拉格光栅,测量了基模之间以及基模与高阶模之间对应的布拉格波长随外部折射率、温度变化的情况,得到与理论分析相符的结果.而对于温度变化对折射率测量结果干扰的问题,提出了通过计算布拉格波长差来克服温度影响的方法.这些结果为采用布拉格光纤光栅测量外部折射率变化提供了一种新的途径.     

多层光纤布拉格光栅的理论与实验研究

从理论和实验两方面研究了在非周期性多层光纤上写入布拉格光栅的光学特性。从耦合模理论出发,讨论了光纤具有多于一个光敏层的情况。在实验室自制的两类多层光纤上写入光栅的实验也表明,该类光栅具备有一般光栅的普遍光学特性,说明在使用多层光纤作为关键部分构建器件时,需要的各类光栅部件能够通过直接在该类光纤上写入光栅实现。紫外光在氢载掺铒多层光纤上写入光栅的实验说明分层的异种元素掺杂将导致芯区应力增加,从而辅助提高光纤的光敏性。     

电调谐光纤布拉格反射滤波器

首次实现了采用磁致伸缩材料制作的电调谐光纤布拉格反射滤波器，实验得到１．３ｎｍ的调谐。滤波器带宽１．５ｎｍ。     

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。     

低损耗大模面积W型布喇格光纤

通过有限元法建立模型,讨论了布喇格光纤设计参量对光子带隙的影响,发现当增加掺锗玻璃环的厚度或折射率时,会使带隙移向长波.通过在紧邻纤芯处施加一层掺氟低折射率玻璃,设计了一种大模面积W型布喇格光纤.计算表明:W型布喇格光纤可以有效减小限制损耗,提高光纤的抗弯曲能力.本文设计的布喇格光纤的纤芯直径为30 μm,在波长1.06 μm限制损耗约为0.1 dB/km,且维持单一横模传输.     

单模光纤布拉格反射滤波器

采用非对称五层光波导模型，分析了光纤布拉格反射滤波器特性，讨论实现窄带和宽带高反射滤波器的结构参数。文中报道关于光纤布拉格反射滤波器的实验研究，包括制作工艺和测试方法。典型的光纤布拉格反射滤波器在１．５μｍ波段的反射率达８０％，带宽１．５ｎｍ。     

光纤光栅大电流传感研究

利用电磁力的原理,提出了一种测量高压大电流的方法,将高压大电流母线缠绕成单匝或双匝螺线管,产生吸引力,使光纤光栅产生应变以此来测量大电流.通过实验使用多匝螺线管和小电流进行了模拟大电流测量.模拟实验结果表明,光纤光栅波长对电流大小的灵敏性逐步增强,特别适合于大电流的测量.     

基于环形芯光纤的超低差分模式增益涡旋光纤放大器

提出了一种基于环形芯铒离子部分掺杂光纤的涡旋光纤放大器。针对该掺铒光纤的放大特性,研究了光纤长度、掺铒浓度与抽运功率对信号模式增益特性的影响。研究结果表明,该光纤放大器能够支持22个轨道角动量模式稳定传输,且C波段(1 530～1 565 nm)所有信号模式增益大于23 dB,信噪比高于27 dB,差分模式增益小于0.015 dB。所提出的基于环形芯光纤的涡旋光纤放大器具有支持轨道角动量模式数量多、差分模式增益低、信噪比高的优势,对于OAM复用长距离传输系统中的在线放大具有重要参考价值。     

不同包层直径的倾斜光纤光栅折射率传感特性

倾斜光纤光栅的透射谱中有纤芯模和大量的包层模,它们具有与布拉格光栅相同的温度特性.利用HF酸腐蚀的方法得到具有不同包层直径的倾斜光纤光栅,研究了其对外界折射率的传感特性.结果表明,外界环境折射率在1.333～1.4532之间变化时,同一直径倾斜光纤光栅的高阶包层模的敏感性要比低阶包层模强;随着包层直径的减小,包层模的敏感性增强,且在折射率比较高的环境中有更高的敏感性.因此,利用倾斜光纤光栅的温度特性不仅可以解决温度交叉敏感问题,而且通过小同的腐蚀程度能定制所需要的灵敏度,以实现对环境折射率的高灵敏度测量.该办法可应用于对生物和化学等高灵敏度传感领域的各种溶液进行实时监控.