用于高速数据通信的梯度塑料光纤

概述了梯度塑料光纤的开发历史和现状。从应用于高速数据通信的角度 ,介绍了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、全氘化和全氟化梯度塑料光纤的损耗、带宽、稳定性和寿命。详细介绍了梯度塑料光纤的损耗光谱和损耗机制 ,介绍了制作梯度塑料光纤的界面凝胶聚合技术和两种扩散法 ,分析了梯度塑料光纤的制作方法同折射率剖面和带宽的关系 ,讨论了梯度塑料光纤的稳定性同掺杂物质的关系。同时介绍了高稳定性梯度塑料光纤的研究进展及今后的发展动向     

多孔芯光子晶体光纤及其偏振特性

强激光与气体的长距离相互作用能产生许多新奇的物理效应,而自由空间光束的自聚焦、衍射、散射等问题限制了该科技领域的发展。本文提出了一种新型多孔芯光子晶体光纤,纤芯亚波长、低折射率空气孔可以传光,具有宽带、低损耗、单模传输特性。利用倏逝波耦合效应,研究了纤芯亚波长空气孔束缚光的原理。根据光波传输的电磁场理论,分析了低折射率空气孔中的光强增大效应。强光在空气孔中长距离传输,为光与物质的相互作用提供了新条件,可以用于气体传感、非线性光学、高集成光子技术、原子操控等。由于纤芯空气孔可以传光,改变空气孔的大小,直接影响模场分布,进而可以获得很高的结构双折射。通过光纤结构参数的合理设计,分别获得了B=4×10^-2的高双折射、纤芯直径5 μm的大模场高双折射、大模面积单偏振单模特性,在光纤偏振器、光纤滤波器、光开关及光纤传感等领域有广泛的应用前景,为新型光场调控提供了新方法。     

塑料光纤相位调制灵敏度的研究

研究了压电涂层PMMA纤芯塑料光纤中的相位调制.射频信号通过对光纤外层的压电涂层作用,使纤芯中产生应变,从而对光纤中的光信号进行相位调制.数值计算结果表明,与传统的石英光纤相比,PMMA塑料光纤的相位调制的灵敏度要高数十倍以上.     

塑料光纤(POF)的发展及其应用

阐述了阶跃型塑料光纤和渐变型塑料光纤的发展过程及其国内外研究现状,介绍了塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等领域的应用.通过对石英光纤、金属电缆与塑料光纤的性能进行比较,得到了塑料光纤具有芯径大、柔韧性好、价格低廉、制作简单等特点.就塑料光纤在局域网、汽车工业、传感器等领域的应用进行了分析、总结,结果表明降低塑料光纤的传输损耗可以进一步扩大其应用领域.最后分析了我国塑料光纤的研究、生产现状与国际水平的差距,并提出了提高国产塑料光纤技术水平的建议.     

低损耗阶跃型塑料光纤(SI-POF)工艺的研究

介绍一种用高分子材料研制低损耗阶跃型塑料光纤(SI-POF)的新型工艺流程,采用甲基丙烯酸甲酯(MMA)与其他高分子材料共聚合成一种阶跃型折射率分布塑料光纤(SI-POF).该光纤采用含氟树脂包层,可以降低损耗.原料的精馏提纯、聚合反应、拉丝等整个工艺过程都处在一个密闭系统中.探讨聚合反应方式对塑料光纤导光性能的影响,从而获得性能优异的塑料光纤,光纤的使用距离为50～100m,其导光性能为:光损耗小于200dB/km;数值孔径为0.35～0.55.     

基于对称双环嵌套管的低损耗弱耦合六模空芯负曲率光纤

本文设计了一种具有对称双环嵌套管结构的新型低损耗少模空芯负曲率光纤,该光纤支持LP₀₁, LP₁₁,LP₂₁, LP₀₂, LP_31a, LP_31b共6种纤芯模式.所设计的光纤以SiO₂作为基底材料,采用特殊的对称双环嵌套结构将包层区域进行划分,能够有效地减小纤芯模式与包层模式的耦合.使用有限元法对该少模空芯负曲率光纤的结构参数进行优化,并分析了纤芯各个模式的限制损耗和弯曲损耗.仿真结果表明,所提出的少模空芯负曲率光纤能够同时支持弱耦合的6种纤芯模式独立传输(相邻模式间的有效折射率差均大于10^–4,有效地避免了纤芯内模式间的耦合).在400 nm带宽(1.23—1.63μm,覆盖O, E, S, C, L波段)范围内,纤芯中的6个模式均保持低损耗稳定传输.各模式限制损耗在1.4μm处达到最低,其中基模LP₀₁模式的限制损耗最低,为4.3×10^–7 d B/m.此外,当弯...     

低串扰低弯曲损耗环形芯少模多芯光纤的设计

针对少模多芯光纤中存在的纤芯内模式间的耦合及芯间模式耦合等问题,提出一种阶跃型环形芯组成的7芯结构光纤,每个纤芯可支持5个模式.各纤芯具有一个中心低折射率区域和一个高折射率环,保证纤芯内模式间均具有较大的折射率差,从而减小模式间耦合问题.运用有限元法模拟分析了中心纤芯和外纤芯的弯曲损耗、模式间的串扰特性及纤芯参数对串扰性能的影响.数据模拟结果表明,当波长为1.55μm,这种多芯光纤在弯曲半径为50 mm时,弯曲损耗远低于光纤衰减损耗,且纤芯中5个模式的相邻纤芯之间串扰均小于-20 dB/100 km,因而这种多芯光纤在小弯曲半径下仍可实现纤芯间独立的长距离信息传输.     

用于极寒温度的特种光纤的结构与弯曲损耗研究

设计了一种适用于极寒温度(-70℃)条件的耐低温的特种光纤,其结构包括纤芯层、内包层、凹陷包层和外包层.研究了光纤芯层/内包层的相对折射率差与弯曲损耗之间的关系,对比了不同涂覆层模量厚度和对光纤微弯损耗的影响.优化光纤拉丝工艺,获得了一种可长期应用于-70℃极寒温度下,在1 550nm、1 625nm波段处附加损耗低于0.01dB/km的石英光纤.本文研究工作为耐极寒光纤、光纤复合架空地线的制备及产业化提供了可靠的理论与实验依据.     

空芯光子晶体光纤表面模损耗控制的研究

本文研究了纤芯结构对空芯光子晶体光纤光子带隙和传输损耗的影响,得到了适合光纤制备工艺的纤芯结构．首先利用平面波展开法计算了一定占空比三角形结构的空芯光子晶体光纤的带隙结构,给出了在传输波长λ=1．55μm时光纤的结构参数值,并模拟了纤芯直径对带隙位置和大小的影响,得出纤芯直径的取值范围,通过分析泄露损耗特性得出纤芯壁厚的取值．然后根据分析结果设计出了光纤端面图,运用全矢量有限元法模拟出在不同纤芯直径的情况下的模场分布,通过对比分析得出光纤的最佳纤芯半径R为1．6以-1．75A．研究结果表明,选择合适的纤芯结构既能满足空芯光子晶体光纤的光子带隙和损耗特征,又可以适当降低光纤制备工艺的难度．     

变纤芯直径传能光纤中受激拉曼散射传输特性的理论研究

锥形光纤纤芯直径沿着光纤长度方向均匀增大,在抑制非线性效应方面有着独特的优势。理论对比了单横模高斯光束输入时,输入纤芯直径均为50 μm、纤芯直径沿着光纤长度方向恒定、线性增大和非线性增大的变纤芯直径传能光纤的输出光谱演化和拉曼光特性。在相同条件下,输入功率10 kW时,恒定型传能光纤的输出光谱中,拉曼抑制比（定义为输出光谱中信号光峰值强度分贝值与拉曼光峰值强度分贝值之差）为33.1 dB,线性增大和非线性增大型的输出拉曼抑制比分别为47.0,48.6 dB,分别优于恒定型传能光纤13.9,15.5 dB;输入功率达17.5 kW时,恒定型传能光纤中有81.6%的输入能量被耗散或转移到其他波长,线性增大和非线性增大型仅不到2%,其输出的信号光波段能量占总输入能量的98.1%,98.9%。结果表明,使用线性增大型或非线性增大型传能光纤代替恒定型常规光纤,可以有效提高受激拉曼散射阈值,相关研究可以为大功率光纤合束器和光纤端帽的设计提供有益参考。     

塑料光纤纤端光场测试结果及分析

对纤端光场进行了理论分析,分别利用塑料光纤和多模光纤作为接收光纤对塑料光纤的出射纤端光场进行了测量,并与理论分析结果进行了比较,给出了合理的调和参数.传输距离较长的塑料光纤由于高阶模的泄漏,纤端光场分布非常接近高斯分布.实验结果表明了理论分析结果和调和参数选择的合理性.     

基于非对称三芯光子晶体光纤的宽带定向耦合器研究

提出了一种基于三芯光子晶体光纤的定向耦合器。通过增大纤芯两侧空气孔直径来引入非对称纤芯,该方法有效地实现了1×3分束的目的。数值分析表明,该三芯光子晶体光纤定向耦合器的工作带宽可达113.9nm(具体为波长从1530.9～1644.8nm)且均匀性小于0.4dB、偏振相关损耗低于0.2dB。此外,这种结构能够有较大的制作容差,具体表现为器件长度在光纤长度(20.9mm)的±4%范围内变化都能保证工作带宽不小于80nm。     

纤维内窥镜在临床医学上的应用

 近年来由于光纤技术得到飞速发展,纤维内窥镜日益增多,使它在临床医学上的应用越来越广泛。光纤内窥镜已从单纯的诊断过渡到通过内窥镜进行治疗,从而开辟了医学上的一个新领域一介入医学或管腔医学(InterventionalMedicine)。目前使用的光纤大致可分为两种,一种是阶跃型光纤,其结构是将传光用的纤芯用折射率比它小的包层包住.     

基于椭圆孔包层和微型双孔纤芯的新型高双折射光子晶体光纤

设计了一种新型高双折射光子晶体光纤,即其包层引入椭圆形空气孔,且以三角晶格方式周期排列,纤芯引入亚波长尺寸(~0.16 μm)的微型双孔结构阵列.采用全矢量有限元法和各向异性完美匹配层边界条件分析了该型光子晶体光纤的双折射特性和色散特性,详细介绍了该光子晶体光纤在不同的椭圆率、椭圆归一化面积、微型双孔孔径、两小孔之间间距的情况下双折射和限制损耗随波长的变化曲线.模拟结果表明,通过同时在包层和纤芯引入非对称性,获得了较高的双折射(~10^-3量级)和极低(~10^-4 dB/km)的限制损耗.提供了一种新的光子晶体光纤设计方法,即通过同时在包层和纤芯引入新结构来同时获得高双折射和低损耗.     

光纤布拉格光栅嵌入SMS光纤结构的湿度传感器

提出了一种基于光纤布拉格光栅嵌入单模-多模纤芯-单模(single-mode-multimode fiber core-single mode, SMS)光纤结构的湿度传感器。当环境湿度变化时,SMS光纤结构的干涉光谱会发生漂移,而光纤布拉格光栅对湿度不敏感,其纤芯基模保持不变。因此利用SMS光纤结构对环境湿度的敏感性去调制光纤布拉格光栅纤芯基模,通过检测光纤布拉格光栅纤芯基模的反射能量变化就可以实现湿度测量。数值模拟了SMS光纤结构的内部光场分布规律,理论计算了不同环境折射率时,多模纤芯的长度、直径对SMS光纤结构输出能量耦合系数的影响。理论模拟表明,随着环境折射率变化,SMS光纤结构中传输的纤芯基模的输出能量耦合系数会发生变化。同时制作了传感器样品并对其进行了传感实验研究,实验结果表明多模纤芯长35 mm、纤芯直径为85 μm的传感器在45%～95%RH湿度变化范围内,湿度灵敏度为0.06 dBm·(%RH)-1。在20～80 ℃温度范围内,传感器的温度灵敏度为0.008 nm·℃-1,温度所带来的湿度测量误差为0.047%RH·℃-1。传感器具有制作简单、灵敏度高、反射式能量检测等优点,在湿度测量领域有一定的应用价值。     

塑料光纤的研究与应用进展

塑料制成的光纤具有轻质、柔软、低成本等特点,可用于通信、图像传输、照明与装饰等领域,实现与其它光纤优势互补的各种功能.在通信领域,渐变折射率塑料光纤实现了10Gbps@100m的消费级传输速率和40Gbps的测试级传输速率;在图像传输领域,已有0.45mm直径@7400像素和1.5mm直径@13 000像素的传像束,以及分辨率高达256lp/mm的光纤面板产品;在塑料光纤激光器领域,有关增益介质、光纤长度、光纤结构等与激光器/放大器的特征性能间关系的理论与实验研究逐步深入;在装饰和照明领域,已有用塑料光纤开发的太阳光光纤照明、造型光纤照明、光纤毯治疗仪等装置.本文就塑料光纤在上述领域的最新研究和应用情况进行综述.     

发展中的塑料光纤

一提到光纤通信,人们就联想到石英(玻璃)光纤,实际上塑料光纤(ＰＯＦ)在20世纪60年代就发明了,并已被广泛用于传感器、照明和装饰等方面.塑料光纤与玻璃光纤相比,其毫米级的尺寸使它在安装和连接方面都比较容易,其连续制造过程使其生产费用低廉,所以ＰＯＦ系统具有成本低的潜在能力.然而,它的高损耗、低带宽和长期可靠性方面的问题已经使ＰＯＦ在许多的通信应用中遇到了较难克服的困难.近年来,随着全氟化塑料的应用和渐变折射率(ＧＩ)型ＰＯＦ的开发,已经在实验室内取得了衰减降到50ｄＢ/ｋｍ数量级(1300ｎｍ)的ＧＩ型ＰＯＦ.ＧＩ型ＰＯＦ的…     

基于小圆孔结构纤芯的高双折射光子晶体光纤

为了实现高双折射光子晶体光纤,提出了一种在纤芯中引入微小圆孔的方法.利用全矢量有限元方法和完美匹配层条件研究了基于圆孔微细结构纤芯的光子晶体光纤的双折射特性.讨论了纤芯圆孔数量、孔径、间隔距离对光纤双折射特性的影响;设计了一种双折射达到10－2量级的光子晶体光纤.模拟结果表明采用三个以上圆孔可以获得较大的双折射,增大外包层数目可以有效减小约束损耗.     

多芯光纤及其在弯曲传感中的应用

采用纤芯间距为38.78 μm的国产多芯光纤设计了一种光纤弯曲传感器.该多芯光纤弯曲传感器由长度为1 m的七芯光纤与单模光纤拼接制成,多芯光纤弯曲时,相邻的纤芯发生模式耦合.在传感器一侧,将宽带光注入到位于多芯光纤中心的纤芯,用光谱分析仪测量带有曲率信息的频谱,获得弯曲传感器的透射谱波长偏移与弯曲曲率半径的关系,结果表明:多芯光纤弯曲半径越小,弯曲曲率越大,串扰越明显.     

侧边抛磨的U型金溅射塑料光纤等离子体共振传感器

为了测量溶液折射率变化，对塑料光纤纤芯表面的纤芯-金层-液体的3层膜结构进行研究，制作了一种使用U型结构并结合侧边抛磨方法的表面等离子体共振传感器。将截取的一段塑料光纤弯曲成为U型，并在烘箱中通过较高温度使这段光纤的曲率固定，对弯曲部分的外表面进行抛光，暴露该位置塑料光纤芯层并在其上溅射金纳米薄膜层，将制备好的传感器浸入不同折射率的液体中，使用光谱分析仪观察光谱的移动。实验结果表明:当塑料光纤SPR传感器测量折射率变化范围在1.333~1.406的液体时，可以通过光谱观察到随着液体折射率的增大，等离子体共振吸收峰位置也不断地向波长增大的方向移动，并且二者之间存在线性关系，其灵敏度为7.5×10-4 RIU/nm。该传感器探头具有灵敏度高、小型化、易制备、低成本的特点。