飞秒直写长周期光纤光栅及其液体折射率特性研究

利用800 nm飞秒激光在未经载氢处理的HI1060光纤中制作了长周期光纤光栅(LPFG).采用逐线刻写方式实现了谐振波长为1 548.4 nm的LPFG,谐振强度为12 dB,栅区长度小于4 mm.使用不同折射率的氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液分别对LPFG的折射率特性进行了测试和研究.实验中随着三种溶液折射率增加,LPFG的谐振波长发生红移,该LPFG在氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液中的折射率灵敏度分别为175.34、175.31和331.89 nm/RIU.实验结果表明,这种基于飞秒激光制作的LPFG对液体折射率变化有较高的灵敏度,可用于液体折射率传感测试.     

基于飞秒激光制备的光纤Fabry-Perot折射率传感器

在对光纤Fabry-Perot(F-P)传感器多光束干 涉原理仿真分析的基础上,利用波长为800nm的飞秒 激光脉冲在普通单模光纤(SMF)上制备微型传感器,并对其折射率响应性能进行了实验测试 。理论分析表明,在低、高折射率区域,F-P传感器的反射谱对比度随着折射率的增加分别 呈现先降低后增加的趋势(折射率高低分界点1．457)。飞秒激光 的制备方法通过计算机控制腔长等可以进行参数可选择的微型光纤F-P传感器的制作。利用 制备的传感器对一系列不同折 射率的溶液进行了折射率响应测试实验,测试结果表明,传感器反射谱对比度对低折射率物 质(折射率小于 1.457)的灵敏度为27.65dB/RI,对高折射 率 物质(折射率大于1.457)的灵敏度为3.50dB /RI,且均具有良好的线性响应。     

飞秒激光在单模光纤中直写折射率修饰区用于高温测量

在工业生产与科学研究中,常会遇到高温测量,光 纤高温传感器有很大的市场需求。本文提出并演 示了一款新颖的迈克尔逊干涉仪高温传感器,迈克尔逊干涉仪是由飞秒激光在单模光纤纤芯 诱导的折射率 修饰区与光纤光滑的端面形成。折射率修饰区是用飞秒激光直接在单模光纤纤芯写成,它消 除了传统干涉 仪制造中所需的拼接或拉锥过程,显著提高了传感器的鲁棒性。实验研究发现该传感器具有 较好的高温敏 感性,最高测量温度达到600 ℃,线性度达99.57%,高温灵敏度为16.9 p m/℃。设计的传感器结构非常简单,可用于油气田开发和石油探测等领域的远距离温度测量。     

飞秒激光直写高反射率中红外光纤布拉格光栅

采用飞秒激光逐线直写法,在氟化物光纤中制备出了窄带宽、高反射率的中红外光纤光栅,其中心波长为2964.34 nm, 3 dB带宽为1.24 nm,反射率高达99.27%。该工作有利于构建"全光纤化"中红外光纤激光器,对推动国内中红外光纤激光器核心器件的全自主化具有重要意义。     

倾斜光纤光栅传感器研究进展

倾斜光纤光栅传感器(TFBG)作为一种较为特殊的光栅传感器受到了广泛的关注,它除了光纤光栅本身具有的优点外,还具有环境折射率敏感度高、可解决温度-应变交叉敏感问题等其他光纤光栅传感器无法比拟的优点。文章首先概述了TFBG的工作原理,随后从倾角、应变、温度及环境折射率测量等方面阐述了当前TFBG主要研究方向以及研究现状,最后给出了TFBG的研究发展趋势。     

飞秒激光制备光纤U形微结构应用于折射率传感

为了实现低成本、高精度的折射率测量,采用飞秒激光微加工技术,制备出基于U形微结构的多模光纤液体折射率传感器。研究了传感器的通光功率变化值与U形槽深度以及U形槽内液体折射率的关系,同时探究了在相同光损耗情况下不同烧蚀长度对灵敏度的影响,并使用射线理论和模式理论对传感机理进行了分析。结果表明,该传感器在折射率1.3331~1.3731范围内具有良好的线性响应,且可以做到5700μW/RIU的灵敏度;同时在10dB损耗情况下20μm烧蚀长度具有较好的灵敏度。该传感器具有结构简单、容易制备、灵敏度高和低成本等优点,在化学、生物、医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。     

飞秒激光制备光纤微孔传感器

为了实现高精度、低成本的液体折射率测量,采用飞秒激光水辅助微加工技术,制备出一种基于微孔结构的单模光纤液体折射率传感器.研究了传感器的传输损耗与孔内液体折射率及微孔长度的关系,利用射线理论分析了传感的机理,讨论了温度对传感器性能的影响.结果表明,该传感器在折射率1.333～1.413区间具有良好的线性响应,灵敏度达到157.48dB/RIU,且不易受温度串扰.该传感器具有结构紧凑、制备简单、高灵敏度、温度不敏感和低成本等优点,在生物化学测量领域中有着广泛的应用前景.     

基于长周期光纤光栅的折射率传感器

长周期光纤光栅具有制作成本低、无背向反射、结构紧凑等优点,且对外界折射率变化有较高的敏感性,特别适用于折射率传感．简要概括了长周期光纤光栅折射率传感的基本原理,介绍了基于长周期光纤光栅的折射率传感器的研究进展,目前的研究重点集中在克服温度交叉干扰、提高传感精度以及拓宽传感范围的方面,比较了各种方案的优缺点．     

飞秒激光制备折射率调制光栅及分析

利用飞秒激光(120fs,810 m,1 kHz)线扫描方法在石英玻璃体内形成折射率调制型光栅结构.研究光栅结构折射率调制度△n与飞秒激光脉冲能量、扫描速度和扫描重复率等参量的关系.多次扫描的光栅结构△n提高到3×10-3.说明积累效应对折射率调制结构的形成起重要作用,并解释以往得到△n大小不同的原因.     

基于飞秒激光直写FBG的C+L波段掺铒光纤激光器

提出并设计了一种基于飞秒激光直写制备光纤布拉格光栅阵列的C+L波段掺铒光纤激光器,实现了波长可切换的单波长及双波长激光输出。采用飞秒激光透过聚酰亚胺光纤保护层在纤芯直写的方法,分别实现周期为538、542、547 nm的光纤布拉格光栅刻写,单个光栅栅区长度3 000 m。作为选频器件的光栅阵列反射波长分别为1 555.5、1 569.6、1 583.8 nm;选用长度为3 m的C波段和10 m的L波段掺铒光纤组合作为激光器增益介质,结合泵浦源、光纤布拉格光栅偏振控制器及宽带全反镜构成线形腔结构光纤激光器。实验结果表明:激光器工作阈值为35 mW,通过调节偏振控制器能够实现1 555.4、1 569、1 583.2 nm单波长激光可切换输出,激光3 dB线宽0.05 nm,边模抑制比大于35 dB;实验中分别对单波长激光的光谱稳定性进行了测试,10 min内最大功率波动小于0.98 dB;通过调节偏振控制器可分别实现1 569、1 583.2 nm以及1 555.4、1 569 nm双波长激光同时输出,在10 min监测时间内,输出激光功率变化分别小于1.14 dB和4.48 dB。     

提高制作光纤光栅时飞秒激光光斑质量的方法

由于光纤自身固有的圆柱形结构,在飞秒激光逐点刻写光纤布拉格光栅过程中会产生柱透镜效应,使得聚焦光斑呈长条状,对刻写光栅结构产生不利影响。基于几何光学原理分析了产生长条状光斑的原因,并提出了一种有效地改善聚焦光斑质量的方法。实验中,将待写光纤夹在玻璃板之间并填充折射率匹配液,运用800 nm钛蓝宝石飞秒激光通过50×显微物镜聚焦在双包层光纤内,单脉冲曝光后得到了直径为1.5μm圆形光斑,方法简单,易于操作。光斑质量的提高扩展了飞秒激光在光纤微细结构制作中的应用。     

光纤光栅传感器应变和温度交叉敏感问题分析

解决应变、温度的交叉敏感,实现应变、温度同时测量一直是光纤光栅传感器研究的关键问题,文章从其产生机理出发,分析讨论了国内外解决此问题的最新进展,并提出了一种新颖的应变、温度光纤光栅传感器。     

飞秒写制长周期光纤光栅的液体浓度测量实验研究

利用逐点写入法在去涂敷层的普通单模通信光纤中直接写入了长周期光纤光栅(LPFG),实验获得的LPFG在C波段的谐振波长1 538.8nm,衰减强度达10.63dB。其氯化钠和蔗糖溶液浓度传感特性实验表明,随着盐溶液浓度的增大,LPFG的谐振波长向左线性漂移,盐浓度每增加1%,波长向左漂移约0.05nm;随着糖溶液浓度从0%增大为50%,LPFG的谐振波长向左非线性漂移量高达约8nm。实验结果表明:飞秒激光逐点写入法操作简单,容易控制诱导的周期性折射率微扰在纤芯和或包层的位置,从而制备出对低浓度液体敏感的LPFG化学传感器;同时飞秒激光写制的LPFG具有较高的外界环境灵敏度,有望用在化学浓度传感中。     

飞秒激光对光纤布拉格光栅的曝光实验研究

采用聚焦的红外飞秒激光对紫外激光刻写的Ⅰ型光纤布拉格光栅(FBG)分别进行了单点和扫描式曝光实验,重点研究了飞秒激光脉冲能量远低于光纤的损伤阈值情况下,脉冲激光对光栅光谱的影响。实验发现,激光单点照射栅区任意位置时,照射过程中的光谱有较大红移,且光谱结构不再是单透射峰而是不规则的多透射峰;然而照射结束后的布拉格波长蓝移且光栅透射率增加,随着曝光时间的增加该变化逐渐趋于饱和。通过建立非均匀温度场扩散模型,激光诱导的折射率变化会叠加在原光栅的折射率调制分布上,理论仿真了不同曝光时间后和曝光过程中的光谱变化,与实验结果非常吻合。     

基于侧边抛磨光纤光栅双反射峰的折射率传感器

介绍了一种利用具有双布拉格反射峰效应的侧边抛磨光纤光栅(SPFBG)进行折射率测量的新型光纤折射率传感器.该传感器基于由轮式侧边抛磨法加工而成的侧边抛磨光纤光栅,通过将折射率液覆盖一部分抛磨区的方法在一根光纤光栅上获得两个布拉格反射峰.这两个布拉格反射峰差值与覆盖材料折射率有关,而与光纤光栅所受应力与环境温度无关,因此用这两个布拉格反射峰差值作为测量量对折射率测量,可减小应力与环境温度的影响,实现高精度的折射率传感测量.实验表明,当维持环境温度恒定时,光纤光栅轴向应变在线性变化范围内,该传感器测量折射率时不受应力与温度变化的影响.折射率液在1.4298～1.4479范围内,该传感器的折射率测量分辨率为0.0001.     

光纤光栅高温传感器的研究

提出了一种能够测量高温的光纤布拉格光栅（FBG）传感器结构。利用线膨胀系数和长度均不同的两种金属细杆和光纤布拉格光栅设计而成的传感头，能够将被测温度转化为光栅的应变，解调由应变引起的光栅波长漂移，即可得知待测的温度。目前在实验室实现了500℃的动态范围和1℃的温度分辨率，实验结果与理论分析一致。