相位掩模的近场衍射特性分析

用相位掩模法制造光纤光栅是一种简单、有效的方法.本文用标量衍射理论对相位掩模的近场衍射特性进行了分析,讨论了各级衍射光形成的干涉条纹的分布情况,得到了一些有益于光纤光栅制造的结论和有用公式.     

窄带光纤光栅的写入

改进相位掩模法写入光栅的装置,提高其机械稳定性和温度稳定性,不仅提高了光纤光栅的反射率,而且降低了带宽,特别是能在国产的光敏光纤上写出了大于99%反射率和小于02nm带宽的高质量的光纤光栅.这种光栅特别适用于光纤光栅传感方面的应用。     

窄带光纤光栅的写入

改进相位掩模法写入光栅的装置，提高其机械稳定性和温度稳定性，不仅提高了光纤光栅的反射率，而且降低了带宽，特别是能在国产的光敏光纤上写出了大于９９％反射率和小于０２ｎｍ带宽的高质量的光纤光栅这种光栅特别适用于光纤光栅传感方面的应用     

不同折射率调制的光纤光栅的特性及其应用

介绍了九种不同折射率调制的光纤光栅的折射率分布及其光谱特性,建立了各种光纤光栅的数学模型,并分析了它们的优缺点及其应用特点。给出了各种光纤光栅之间的联系,并指出两种或多种单一折射率分布的光纤光栅的组合形式将是以后的发展趋势。以折射率分布为出发点,深入地讨论了各种光纤光栅的周期、折射率调制深度、中心反射光波长或透射光波长、带宽、反射率等参数与其功能的关系,为实际系统的设计提供了参考。     

照明光可控收集式近场光学显微镜测量样品倾角和折射率

对于收集模式的近场光学显微镜,提出一种新的测量样品折射率和倾斜角的方法。这种方法中,使用一个反馈回路控制照射样品的光强,探针与样品保持等间距垂直振荡,照射样品的光有两束且位置对称。数字信号处理器控制照射光强改变、近场光强采样与探针振荡同步。在一个振荡周期获取一组近场光强极值,在另一个周期,改变每束光强度,隐失场分布发生改变,得到一组不同的近场光强极值,使用从多个振荡周期获取的不同近场光强极值,计算得到样品倾角,折射率。使用光栅和细胞膜对这种方法进行了测试,对光栅样品的扫描得到的形貌图显示这种方法横向分辨率优于400nm,对细胞膜样品的测试显示细胞膜的折射率在1.4左右,从而表明这种方法不但能有效测量样品折射率,而且提供了一种使用光学信息构建样品形貌的新途径。     

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．     

多重曝光诱导光纤布拉格光栅折射率变化研究

研究了多重曝光诱导载氢光纤布拉格光栅折射率变化的机理及规律。基于二步法的光敏模型分析了多重曝光下载氢光纤光栅的折射率变化,得到了不同初始折射率分布下多重曝光量增长与光栅折射率变化的关系,建立了光纤光栅平均折变量和调制折变量变化数学模型;采用193 nm紫外激光实验研究了布拉格光栅在多重曝光过程中波长、反射率的变化特性。研究结果表明,多重曝光下光栅中心波长红移,红移量与再曝光条件有关;光栅反射率先增大后趋于稳定,反射率增长速度与再曝光条件有关,趋于稳定的极值由光栅初始曝光分布决定。     

利用一块相位掩模和两块棱镜改变光纤光栅的写入Bragg波长

一种相位掩模干涉仪被用于写入不同的Bragg波长的。在该系统中,光纤光栅是由来自两可旋转棱镜所形成的紫外干涉条纹写入的,其中,相位掩模被用作&;#61617;1级衍射光的分束器。并且,当两块顶角由相位掩模的&;#61617;1级衍射角和棱镜折射率确定的棱镜的底部相互平行放置时,该相位掩模给出了Bragg波长的参考值。当Bragg波长的移位为1 nm时,棱镜最大的旋转角为1 degree,最小的旋转角是~2.4 minute。与Talbot干涉仪中平面镜的旋转角~23 second/nm相比,该相位干涉仪中棱镜的旋转精度降低了2~3个数量级。替代了许多具有不同光栅周期的相位掩模,该可调谐相位掩模干涉仪仅用一块相位掩模和两块旋转棱镜就实现了写入具有不同Bragg波长的光栅。     

重要的无源器件光纤光栅

 光纤光栅在调Q、锁模、单频、多波长等各种光纤激光器中有重要的应用价值。光栅的物理原理是光纤的光敏性,即光致折变效应。利用光纤在紫外光照射下产生的光致折变效应,在纤芯上形成周期性的折射率调制分布,从而对入射光波中相位匹配的频率产生相干反射．可以在典型的0．1到几十纳米的带宽(Δλ)内产生反射,反射率可以达到100％。光纤光栅的这一重要的波长选择特性使之成为光纤器件中一种最重要的无源器件,受到普遍关注。光纤光栅由最简单和最基本的均匀周期光纤布喇格光栅,发展到多种不同结构、不同特点的光纤光栅。     

光纤光栅选频掺Yb3+双包层光纤激光器

利用相位掩模法，在D形内包层掺Yb3+双包层光纤一端直接写制出Bragg光栅，用作双包层光纤激光器的输出腔镜.试验得到了线宽为0.196nm，波长为1058.2nm，最高输出功率为570mW的稳定激光输出，解决了激光器中模式竞争造成的输出不稳定现象.从速率方程出发，对激光器的输出功率与抽运功率、光栅反射率的关系以及最佳光纤长度进行了理论分析，结果与实验符合很好. 关键词： 双包层光纤光栅 掺Yb3＋双包层光纤激光器 相位掩模 速率方程     

Analysis method for apodised grating structures

A modified method of lines (MoL) technique is presented for calculating the reflection characteristies of apodised fibre gratings. To demonstrate the technique, reflection spectra of fibre gratings with triangular and diamond apodisation profiles were calculated showing significant side-lobe suppression. MoL can accurately calculate not only average power but also field and phase distribution across reflected waves. It is shown that the phase of the reflected light is maximally affected at the edge of the grating stopband.     

Analysis method for apodised grating structures

A modified method of lines (MoL) technique is presented for calculating the reflection characteristics of apodised fibre gratings. To demonstrate the technique, reflection spectra of fibre gratings with triangular and diamond apodisation profiles were calculated showing significant side-lobe suppression. MoL can accurately calculate not only average power but also field and phase distribution across reflected waves. It is shown that the phase of the reflected light is maximally affected at the edge of the grating stop-band.     

适合于有线电视系统的色散补偿光纤光栅

分析了光栅色散抖动对有线电视信号的影响,估计出落在信号50MHz-5550MHz范围内互调产物功率约占所有互调产物功率的10％－50％,为了抑制色散抖动幅度,光栅的折射率变化应该从初值零渐渐长到最大值。长度为10cm,包络为升余弦与tanh(4z)的光栅都能满足有线电视系统的要求,此外还发现,长光栅对应的抖动周期小,因此对信号的影响也小,具有升余弦包络的光栅比tanh(4z)光栅更能有效地抑制色散抖动。     

大模场双包层光纤光栅的光谱特性

在分析大模场双包层光纤的模式特性和测试光路中光功率分配的基础上,根据耦合波理论和传输矩阵法,对不同情况下大模场双包层光纤光栅的透射谱和反射谱进行数值分析,结果表明光谱形状取决于模式间的功率分配,通过基模的透射谱可以测量双包层光纤光栅的真实反射率。采用相位掩模法制作了基模反射率不低于99.7%的20/400μm大模场双包层光纤光栅,测试了不同情况下的反射谱和透射谱,实验结果和理论分析的结论一致。     

啁啾高斯脉冲经啁啾光纤光栅反射后的传输特性

在考虑侈阶和高阶色散的情况下,给出了啁啾高斯光脉冲被啁啾光纤光栅反射后在光纤中传输时脉冲展宽的解析析式,。讨论了啁啾光栅脉减压缩和色散补偿中的几个重要问题。以线性啁啾光纤光栅为实例进行了数值计算,发现了脉冲殿宽的对称性质,最后提出一种新颖的可用于估算脉冲受光纤光栅作用后脉宽展宽的简单办法。     

光纤布拉格光栅自致啁啾效应的研究

根据耦合模理论,采用传输矩阵法分析了相位掩模法制作的光纤布拉格光栅的反射谱特性.设计了一种新的写制光纤光栅的光路,利用高斯激光光束写制出具有短波自致啁啾效应的切趾光栅(栅长0.015 m).对具有短波自致啁啾效应的光纤光栅进行了物理切割(剩余光栅的长度分别取0.007 m和0.0055 m),得到了一种新型的具有长波自致啁啾效应的光纤光栅.原本的自致啁啾光栅反射谱中旁瓣分布在短波长方向,而得到的新型自致啁啾光栅的反射谱中长波长方向的旁瓣更为明显.基于对光纤布拉格光栅自致啁啾效应的分析,提出一种新型类高斯切趾函数,以此函数对自致啁啾效应进行数值模拟,得到了与实验结果相一致的光谱图.     

振幅掩膜紫外写入的长周期光纤光栅特性研究

振幅掩膜紫外写入的长周期光纤光栅的纤芯折射率分布函数为矩形波。以三层阶跃折射率光波导结构基础，用弱导标量近似和标量耦合模理论分析折射率调制类型为矩形波的长周期光纤光栅的特性。详细地给出耦合模方程近似处理的方法，并说明了其合理性。用数学软件Matlab进行了数值模拟计算，发现折射率调制类为矩形波的光栅传输谱不是由它的各次余弦光栅谱的线性叠加而成的。还研究了外部环境折射率、包层半径、栅占空比等光栅结构参量对矩形折射率调制的光栅传输谱的影响。同时指出了每阶包层模的双谐振峰位置随栅参量的变化规律。刊■刊『_型，刿j1     

Analysis and design of nonlinear fiber Bragg gratings and their application for optical compression of reflected pulses

We demonstrate a novel split-step solution for analyzing nonlinear fiber Bragg gratings. The solution is used for designing nonlinear fiber Bragg gratings with a low reflectivity. The structure of the grating is designed according to the profiles of the incident and reflected pulses. We demonstrate our method for nonlinear compression of a pulse reflected from a fiber Bragg grating. The method allows us to obtain compressed pulses with a very low wing intensity.     

采用WDM技术的光纤Bragg光栅传感网络

采用绝对测量原理的波长调制技术,光纤Bragg光栅可组成并行、串行和阵列WDM拓扑结构.分析表明,光纤Bragg光栅网络的工作原理类似于一个多宽带平面镜.利用光谱仪可测量上述光纤Bragg光栅网络的反射谱,其中,光源是宽带为～40nm的掺饵光纤放大器.当网络中的光纤Bragg光栅受扰动后,受扰光栅的反射谱发生相应的变化,即Bragg波长发生相应的偏移.结果表明,当事先确定了光纤光栅的波长调制范围,反射的峰值波长能反应光纤光栅传感网络的信息.值得注意的是～3nm的波长调制范围可满足～100℃和～2000με的参量测量.     

Study of heat transfer characteristics in PCFG fabrication technology using heat method

The fiber gratings fabrication technology with the heating method in a photonic crystal fiber (PCF) based on structural change is examined. The principle of photonic crystal fiber gratings (PCFGs) is analyzed in theory. The heat transfer theory and finite element method are used to examine the thermal field distribution in the fiber and the influence of the air hole structure in the cladding, and the parameters of the laser beam in the process of grating fabrication are discussed. The results show that gratings can be formed by the periodic collapse of air holes in the cladding of PCFs. Under double-point heating condition, the energy is uniformly distributed in the radial direction and is approximate to Gaussian distribution in the axial direction. With the same size of the luminous spot, as the layers and radius of the air holes increase, the laser power needed to make the air holes collapse decreases. With the same laser power, as the luminous spot radius increases, the needed heating time increases. Moreover, the relationship between the laser power needed and the air filling rate is obtained as the number of layers of the air holes changes from 1 to 7. This kind of PCFG can overcome the long-term thermal instability of conventional gratings in substance and thus has great potential applications in the related field of optical fiber sensors.