用于位移精密测量的光外差马赫-泽德干涉仪

本文介绍了我们研制的用于位移精密测量的光外差马赫－泽德干涉仪。由于在光路设计中采用了共光路的布置，共模抑制技术得以实现，环境干扰产生的噪声得到很好的消除，相位检测的稳定性和精度大大提高。使用该干涉仪测量了一台在光学相移器内ＰＺＴ微位移驱动装置的电压－位移关系。测量结果具有良好的线性和重复性，与预期相符。根据测量数据分析，该光外差干涉仪具有３ｎｍ的位移测量精度。     

基于折叠式超快非线性干涉仪的全光码型转换理论和实验研究

码型转换是实现非归零(NRZ)信号全光时钟恢复的关键技术.提出了一种基于折叠式超快非线性干涉仪的全光NRZ到伪归零(PRZ)信号转换的新型方案.基于半导体光放大器的分段模型和超快非线性干涉仪的传输函数，建立了该方案的理论分析模型，数值模拟了不同速率下的码型转换过程.实验实现了稳定的10，20和40 Gbit/s的NRZ到PRZ信号的码型转换，分析了影响码型转换输出特性的因素，理论分析结果与实验结果基本符合. 关键词： 超快非线性干涉仪 半导体光放大器 全光码型转换     

一种减少基于SOA的全光时钟提取码型效应的新方法

全光位时钟提取是3R全光再生的关键技术,本文针对利用基于半导体光放大器注入锁模激光器进行位时钟提取时的码型效应,提出一种利用非线性偏振旋转自稳幅效应减少码型效应的新方法,对40Gb/s的半导体光放大器注入锁模激光器位时钟提取,通过数值模拟计算证明,利用非线性偏振旋转可以有效地减少码型效应的影响.     

基于注入锁模激光器的40 Gb/s全光时钟提取

利用注入锁模光纤激光器进行时钟提取实验,成功地从40Gb／s伪随机码信号中提取出了40GHz时钟信号。实验中,在注入信号进入环形腔之前先通过一个马赫-曾德尔（M-z）干涉仪,提高了注入信号中时钟频谱分量的相对大小,从而有利于时钟信号的提取。首先从10Gb／s伪随机码信号中提取出波形很好的10GHz时钟信号,并在此基础上从复用后的40Gb／s伪随机码信号中提取出了40GHz时钟信号。     

基于马赫-泽德干涉具的激光光谱探测技术研究

实时、可靠地探测敌方来袭激光的类型和特征参数是激光告警的主要任务。相干探测技术依靠激光的相干性探测其信息,是较有效的探测技术之一。为了探测来袭激光光谱信息,设计了一种激光探测与光谱实时测量装置。该装置以相干探测技术和傅里叶光学与光信号处理为基础,使用实心小型静态马赫-泽德干涉具作为相干探测元件,它能有效地抑制背景光,无机械扫描部件,光谱检测速度快,可探测纳秒级窄脉冲激光信号;用高速DSP芯片和多通道帧减技术进行实时信息处理,实现背景噪声去除、激光探测和光谱测量。测试结果表明,运用马赫-泽德干涉具和多通道帧减技术,能实现脉冲激光探测,提高测量精度;可探测激光脉冲宽度为10 ns,波长测量误差小于10 nm。     

级联马赫-曾德尔干涉仪光学梳状滤波的理论研究

提出一种级联马赫-曾德尔光纤进一步仪，它是采用多个3dB耦合器串联而成的。模拟与分析表明，当光纤进一步臂长度差ΔL按顺序取一系列定值时，将得到性能良好的梳状出射谱图。其进一步峰的边模抑制比随干涉臂数目的增多而变大。     

全光纤马赫-曾德尔干涉仪的测温实验

阐述了全光纤马赫-曾德尔干涉仪的测温原理,并在20~40℃对测温系统进行了标定.利用Matlab数字图像处理技术对温度干涉条纹图像进行处理,设计了计算条纹移动数目的程序.通过测温实验对条纹记数程序进行了检验,有较好的准确度.     

马赫-曾德尔光纤干涉仪型梳状滤波器优化计算

提出了一种具有方波形输出谱的级联马赫-曾德尔光纤干涉仪型梳状滤波器的优化计算方法。利用传输矩阵法将级联马赫-曾德尔光纤干涉仪的输出光谱表示为显式函数，采用独特的递推方法将理想的梳状滤波器的方波型输出函数展开，当这2个函数的系数对比时，有时候没有精确解，此时利用Matlab，通过特别的优化计算，可以得到级联马赫-曾德尔光纤干涉仪的近似结构参数，使其输出谱近似为方波。设计实例表明：此种优化计算方法非常方便、灵活和有效。     

马赫—曾德尔型全光分插复合器特性调整的实验研究

分析了影响基于光纤光栅和马赫－曾德尔干涉仪的光分／插复用器（OADM）的特性的原因,根据理论分析和模拟计算,提出通过监控输入端口的背向反射光特性和局部加热的方法来判断和相应调整器件的参数,并用来模拟紫外激光修正过程。实验结果验证了这一方法的可行性。     

光纤光栅马赫-曾德干涉仪条纹信号的傅里叶分析

基于长周期光纤光栅马赫-曾德干涉仪的频分复用技术是实现光纤多参量传感的重要途径.研究了频分复用中复合条纹信号的傅里叶处理方法,分析了傅里叶频谱中和频与差频信号的幅值与单个干涉条纹信号的关系,提出了抑制和频与差频信号的有效方法,即改变光栅结构参量适当降低中心波长处的条纹对比度以提高频谱信号的信噪比,增加特征频谱滤波的有效性.结果表明:经过优化调整的傅里叶频谱信噪比可以提高至原来的2倍以上;对比频谱调整后恢复相位的余弦曲线与原条纹信号发现,频谱信噪比提高的同时保留了反映各单个原条纹特征的足够相位信息.该光谱优化方法可为基于光纤光栅马赫-曾德干涉仪和频分复用的光纤多参量传感技术提供理论与技术指导.     

基于Bitaper-LPFG-Bitaper结构的全光纤Mach-Zehnder干涉仪的温度传感特性

提出并制作出一种基于锥体光纤-长周期光纤光栅-锥体光纤结构的全光纤Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪传感器,并对其温度传感特性进行了研究.实验结果表明,固定光纤锥体和长周期光纤光栅的结构,仅改变两个光纤锥体之间的距离,对应不同的M-Z干涉谐振峰呈现出不同的温度传感特性:随着两个光纤锥体之间的距离增加,位于短波长处的谐振峰,传感器的温度灵敏度减小,而位于长波长处的谐振峰,传感器的温度灵敏度增加.当传感器长度为16.5 cm时,在1 680 nm附近的温度灵敏度达到0.102 06 nm/℃.实验结果对于锥体光纤-长周期光纤光栅组合型温度传感器的优化设计具有重要参考价值.     

基于光纤粗锥型马赫-曾德尔干涉仪的高灵敏度温度传感器的研制

光纤传感是现代光纤技术的重要应用之一。制作了一种基于两个单模光纤粗锥串接的全光纤型马赫-曾德尔高温高灵敏温度传感器。纤芯中传输的光通过第一个光纤锥耦合, 一部分进入纤芯传输,另一部分进入包层形成包层模,纤芯模和包层模具有不同的有效折射率,经过干涉臂的传输产生了光程差。纤芯和包层传输的光再经过第二个光纤锥耦合,形成干涉进入输出光纤传输。对不同长度的传感器进行实验研究,得出传感臂长度与干涉周期之间的关系。研究了传感器温度响应特性,给出了温度响应灵敏度。实验结果表明,在30～400 ℃温度范围内,长度为35 mm的传感器可以得到较高的温度响应灵敏度,其响应灵敏度为0.115 nm·℃-1。利用傅里叶变换对传感器透射谱进行了分析,可以确定在长度为35 mm的传感器中仅有基模LP₀₁和高阶模LP₀₈两种模式,透射谱就是由这两种模式干涉形成的。该传感器体积小、精度高、抗电磁干扰,具有易于制作、对比度大、质轻、灵敏度高、耐高温等优点。可用于高温气体温度测量及油气井测井等领域的高灵敏度温度传感测量。     

环形谐振器辅助马赫-曾德尔干涉仪型波长交错滤波器的研究

将环形谐振器与马赫-曾德尔干涉仪相结合,利用谐振器反馈回路引入的相位调节效应,选择合适的谐振器耦合角,设计出一种具有最大平坦滤波响应的环形谐振器辅助马赫-曾德尔干涉型波长交错滤波器.与普通马赫-曾德尔干涉型波长交错滤波器相比,不仅阻带抑制(>38dB)和过渡带滚降特性明显加强,而且在通带中心15 GHz范围,将色散降低到±10 ps/nm以内,从而可以有效避免对传输信号造成失真.在此基础上,进一步研究环周长(Lr)与马赫-曾德尔干涉臂长差(△L)之间的关系,指出波长交错滤波器奇偶输出端口的带宽分配比直接决定于Lr/△L,当调整Lr/△L=1/2,可以实现具有1;2非对称带宽分配特性的新型波长交错滤波器,为10 Gb/s向10 Gb/s 40 Gb/s系统升级提供一种简单、灵活的方式.     

Highly Sensitive Temperature Fiber Sensor Based on Mach-Zehnder Interferometer

We propose a highly sensitive temperature fiber sensor based on a Mach-Zehnder Interferometer (MZI). The MZI is composed of a piece of no-core fiber (NCF), a single-mode fiber (SMF), and a fiber taper (FT) structure. To accomplish high sensitivity, the component was immersed in a material with high thermo-optic coefficient (TOC). The experimental results showed that a high temperature sensitivity of 1.56 nm/°C was achieved for surrounding material with a refractive index (RI) of 1.45. The presented sensor has numerous advantages, for instance, extremely high sensitivity, easy fabrication, simple structure, compact size, and in-line applications.     

一个新型的基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪BOTDR系统

报道了新型的分布式传感测量布里渊光时域反射(BOTDR)系统.布里渊散射频移和强度均依赖于温度和应变,因此,BOTDR利用光纤中的自发布里渊散射作为测量信号可以实现分布式温度和应变测量.在BOTDR中,光源采用窄谱半导体激光器,并由声光调制器调制成脉冲光,经掺铒光纤放大器放大后,注入测试光纤以产生自发布里渊散射.利用双通Mach-Zehnder干涉仪分离光纤背向散射中的自发布里渊散射与瑞利散射信号,实现了自发布里渊散射的直接检测.实验结果表明基于全光纤Mach-Zehnder干涉仪BOTDR方案是可行的.     

高消光比双通马赫-曾德尔干涉仪梳状滤波器

提出了一种新颖结构的高消光比双通马赫-曾德尔干涉仪梳状滤波器，将常规单通马赫-曾德尔干涉仪的两个输出端与光隔离器连接，构成一个双通马赫-曾德尔干涉仪梳妆滤波器，对滤波器的输出特性进行了理论分析和实验研究。数值模拟表明，与常规的单通马赫-曾德尔干涉仪相比，在相同参量的情况下该双通马赫-曾德尔干涉仪梳妆滤器的消光比得到了大大改善，消光比的提高取决于干涉仪的臂长差，当干涉仪的臂长差为0．7366mm时，消光比提高了20dB。实验结果表明，双通马赫-曾德尔干涉仪梳妆滤器的消光比为25．8dB，消光比提高了13dB。     

基于错位和花生形结构的全光纤马赫-曾德干涉仪的研究

研究了一种基于错位和花生形结构的全光纤马赫-曾德干涉仪,进行了液位和曲率的测量实验,利用错位结构将纤芯模式激发到包层,包层模式经过花生形结构被耦合到纤芯与原有的纤芯模式发生干涉。包层模式对外界物理量如折射率、应力的变化敏感,导致透射光谱漂移。波谷波长的漂移量与液位和曲率的变化成线性关系,利用波谷的漂移实现液位和曲率的测量。在液位实验中,在水位变化范围为1.00～5.00 cm时,波谷向短波方向漂移,灵敏度最高为-0.68 nm·cm-1,线性拟合度为0.995 4。在曲率实验中,曲率的变化范围为0.3～1.2 m-1时,波谷向长波方向漂移,灵敏度最高为22.47 nm·m,线性拟合度为0.986 4,表现出较高的灵敏度。错位结构和花生形结构被用于组成马赫-曾德干涉仪,用普通的光纤熔接机和普通单模光纤即可熔接,结构和制作方法简单,灵敏度高,尤其在曲率的测量中表现出较高的灵敏度。     

基于对称结构的光纤谐振环辅助马赫曾德尔干涉仪型梳状滤波器的研究

为了改善常规马赫曾德尔干涉仪(MZI)型滤波器的输出特性, 提出了一种由双耦合器和单模光纤构成的“8”字形谐振环,将该光纤谐振环与一个3 dB光纤方向耦合器相结合,利用光纤谐振环反馈回路引入的相位调节效应,选择合适的谐振环耦合角,设计出一种基于对称结构的光纤谐振环梳状滤波器,具有平坦滤波响应的输出光谱。与普通MZI型梳状滤波器和双级级联MZI型梳状滤波器相比,阻带抑制和过渡带滚降特性明显加强;与不对称结构的光纤谐振环辅助MZI型梳状滤波器相比,在考虑传输损耗的情况下,相干涉的两束光信号不存在幅度差异,降低了传输损耗对梳状滤波器消光特性的影响。     

孔型硅光子晶体中折叠式马赫-曾德尔干涉仪(英文)

设计了基于孔型硅光子晶体的折叠式马赫-曾德尔干涉仪.它由一个光反射器和几个光分束器构成.在干涉仪中,窄光束依赖自准直效应进行传输.利用时域有限差分法研究了折叠式马赫-曾德尔干涉仪的特性.结果表明,在0.255～0.270c/a的归一化频率范围内,干涉仪的两个透射谱均为正弦形且强度互补,透射谱的透射峰间距随着干涉仪两臂的光程差的增大而减小.该折叠式干涉仪结构紧凑,尺寸比非折叠式光子晶体马赫-曾德尔干涉仪要小许多,有望作为信道解复用器应用于光子芯片中.     

耦合环形腔马赫-曾德尔干涉仪瞬态响应及应用

对耦合环形腔马赫-曾德尔干涉仪光脉冲瞬态响应进行了理论和数值研究.利用光束追迹法推导了脉冲传输的解析关系,并数值模拟了传输光场随时间的演化.输出脉冲形状可通过控制损耗进行调解,响应速度为皮秒量级.由于马赫-曾德尔干涉仪两输出端口的互补性,在输出端可同时实现光脉冲微分和积分操作.利用损耗控制机制,可实现单通道脉冲微分和积分操作转换.引入增益补偿损耗,可实现脉冲压缩及产生可调单一触发光脉冲.