基于双光导纤维延时法测量光速

介绍了利用光波在已知长度差的两段不同长度的光导纤维中传输时间延时差测量光速的基本原理。时钟方波信号通过LED调制电路转变为光信号在一段光导纤维中传输,后经SPD再生电路重新转变为方波再生信号,将原始方波信号与再生方波信号同时输入示波器中测量延时τ1,采用相同的方法测量另一端光导纤维传输延时τ2,通过已知的长度差和延时计算出光导纤维中的光速VZ,最终计算出光速c。     

基于拉曼光谱散射的新型分布式光纤温度传感器及应用

介绍了分布式光纤拉曼温度传感器(DTS)的基本原理、发展趋势和工程应用研究状况,研究了分布式光纤拉曼温度传感器的关键技术,全面提升了DTS的性能。将拉曼放大技术应用于DTS系统,用拉曼增益部分抵偿光纤的传输损耗,使系统的传感长度达到50 km;对脉冲激光器进行211位循环编码,在接收时采用相关运算解调,显著提高系统的信噪比,使测温不确定度达到1 ℃;采用双波长自校正技术提高了系统的空间分辨率,达到2 m;在DTS系统中嵌入光开关,使测温通道成倍扩展,有效延伸了传感光纤的总长度,组成光纤传感网络。     

Development of One-dimensional Fiber-Optic Radiation Sensor for Measuring Dose Distributions of High Energy Photon Beams

The purpose of this study was to develop a method for measuring the one-dimensional dose distribution of a high-energy photon beam using a miniaturized high-resolution fiber-optic radiation sensor array. The measurements were made by thin plastic optical fibers with organic scintillating fiber sensor probes that emit the visible wavelength of light. The scintillating light is guided to a silicon photodiode array by plastic optical fibers in order to convert light output to an electrical signal. The one-dimensional spatial dependence of photon beam is measured by a one-dimensional fiberoptic sensor array in a poly(methyl methacrylate) (PMMA) phantom. It is shown that this fiber-optic radiation sensor has better spatial resolution than a conventional ionization chamber and much less time is required to measure one-dimensional dose distribution in the high radiation fields. The real-time and the high spatial resolution measurements due to the small detector volume make this system suitable for dosimetry in radiation therapy.     

脉冲γ射线对光纤的辐射效应

介绍了光纤的损耗机制和γ射线对光纤的辐射效应,设计了针对脉冲γ射线作用于光纤而产生辐射感生损耗的实验测量系统。利用平均光子能量为0.3 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率2.03×107Gy.s-1,和平均光子能量为1.0 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率5.32×109Gy.s-1的2种脉冲γ射线分别作用于多模和单模光纤,分别采用波长为405,660,850,1 310和1 550 nm的激光光纤传输系统对辐射感生损耗进行了测量。获得了光纤辐射感生损耗和辐射剂量的关系,并对实验结果进行分析。从实验结果可以看出:在近红外到可见光范围内,脉冲γ射线对光纤作用产生的辐射感生损耗随探测波长减小而增大;在0.1~3.5 Gy剂量范围内,多模光纤辐射感生损耗和辐射剂量呈线性关系。分析辐射对光纤的作用机制和实验结果后得出:光纤基质原子的电子能级对传输光子的共振吸收而造成吸收损耗增加;光纤折射率分布的改变从而导致波导损耗增加。     

高非线性光纤中受激布里渊散射快光提前及脉冲形变

基于受激布里渊散射三波耦合方程组,应用小信号分析,研究了高非线性光纤的信号光脉冲提前及形变。结果表明,光纤中信号光脉冲的时间提前量在一定范围内随着输入信号光功率和传输距离的增长而近似线性增长,同时脉冲压缩程度加强;在相同条件下,非线性光纤比普通单模光纤的时间提前量更大,在50 m长的高非线性光纤中,信号光能量在50 m W时实现了203 ns的时间提前量和较小的脉冲形变。高非线性光纤的快光提前效率显著提高,脉冲形变显著减小。研究结果对快光的实现和应用具有参考意义。     

光子晶体光纤非线性光谱特性的理论与实验研究

光子晶体光纤具有特殊的导光机制和结构可调性,可以产生奇异的色散特性及高非线性,为非线性光纤光学领域的研究提供了新的条件。受多种非线性光学效应的共同作用,在不同泵浦光脉冲参数条件下,不同结构参数及传输特性的光子晶体光纤能产生丰富的非线性光谱。利用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,模拟飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输过程,获得输出光谱与入射光脉冲参数(泵浦光峰值功率P、泵浦光波长λ、光脉冲形状、光脉冲宽度T_FWHM)、光纤结构参数(孔间距Λ、空气填充比d/Λ、光纤长度z)、传输特性(色散、非线性系数)的关系,分析拉曼孤子、色散波、自相位调制等非线性效应产生的光谱特性。利用光子晶体光纤包层节区进行非线性光学实验研究,获得了孤子波和色散波的宽带光谱输出。理论分析与实验测量的光谱中都包括了波长0.5 μm附近可见光波段的蓝移色散波、0.82 μm波段的剩余泵浦光、1.1 μm波段的孤子波、2 μm附近的红移宽带色散波。理论分析与实验测量结果一致,阐明光子晶体光纤中非线性光谱产生的物理原理,实现了对宽带光谱的可控输出,为高非线性光子晶体光纤的结构设计、制备及非线性光谱的应用研究奠定基础。     

基于色散补偿光纤的高速光纤光栅解调方法

本文提出并论证了一种光纤光栅高速解调的新方法, 利用色散补偿光纤的色散效应, 将光纤光栅的波长漂移信息转换成时域信息. 采用脉冲激光器作为光源, 仅需一个光脉冲可获取单根光纤上所有光纤光栅的反射光脉冲, 再根据各个光栅反射回光脉冲的延时变化即可实现波长的解调. 本方法可用于准分布光纤光栅传感网络解调, 系统采用全光纤结构, 无需波长扫描, 大大提高了解调速度. 本文搭建了测试系统进行实验验证, 对3个光纤光栅组成的准分布式传感网络进行了解调, 实验结果表明, 解调出的光纤光栅布喇格波长线性度好, 解调速度最高可达1 MHz, 采样数据取10次平均后解调线性度可达0.9969, 解调误差约为27.8 pm.     

利用光锁相环路实现40 Gb/s时钟恢复

提出并建立了一种新型的基于光纤四波混频效应和压控光脉冲源的光锁相环路(OPLL),用于光时分复用系统(OTDM)中的时钟恢复过程。从理论上分析了其工作原理,及各模块结构和功能。利用高非线性光纤中的四波混频效应实现全光鉴相器,有效缩短了光纤长度,减小了光纤色散引起的脉冲走离,鉴相器消光比超过30 dB。采用再生锁模光纤激光器实现压控光脉冲源,在保证脉冲质量的前提下,重复频率调节范围达到380 kHz。在40 Gb/s时钟恢复实验中,获得脉宽为7.2 ps、接近变换极限的时钟脉冲,时间抖动(RMS)为152 fs,超模抑制比大于60 dB。实验证明,输入信号幅度波动和码型效应对环路影响很小。     

1040nm泵浦的光子晶体光纤超连续光谱产生性能退化研究

光子晶体光纤已经被广泛应用于由飞秒脉冲激光源产生超连续光谱。当激光源的重复频率较低时,由光子晶体光纤产生的超连续光谱随时间的变化过程较为缓慢,通常不被注意到。而在天文光谱仪定标等应用中,需要使用GHz至几十GHz量级的高重复频率激光源。此时,可观察到光子晶体光纤的超连续光谱产生性能在有限时间内产生显著的退化。在1 040 nm飞秒激光泵浦条件下,通过测试三种不同气孔占空比的光子晶体光纤的超连续光谱产生性能演化,发现超连续光谱的退化进程随光纤气孔占空比的增大而加速。观察发生光谱退化后的光子晶体光纤样品,发现在光纤上超连续光被产生的区段出现多个不同颜色的亮点,呈现有方向性的光泄露现象。针对光泄露现象,通过测量光纤的吸收光谱线,证实了实验中超连续光谱退化的主因并非是光纤熔融石英材料中大量非桥氧色心产生。针对光泄露具有方向性这一特征,提出了经由多光子吸收作用在光纤纤芯中形成长周期光栅的理论。为探究影响光子晶体光纤超连续光谱产生性能的退化的因素,以达到光谱退化抑制的目的,首先通过改变了光纤的拉锥参数,期望增强光纤熔融石英材料的光子耐受性。实验结果证实了该方法的有效性较为有限。其次,从保持激光源的平均功率,降低激光脉冲的峰值功率和保持激光脉冲的峰值功率,降低激光源平均功率两个方面入手,对激光源进行调制。实验结果证明,光纤单位时间内接受的高峰值功率脉冲总量是影响其超连续光谱产生性能的最重要因素。在天文光谱仪定标的应用中,对超连续光谱光功率的需求并不高,使用斩波器降低光子晶体光纤入射光的平均功率是减缓超连续光谱产生性能退化过程的有效且简单可行的方法。     

Wideband tunable wavelength conversion of 10-Gbit/s return-to-zero signals by optical time gating of a highly chirped rectangular supercontinuum light source

We propose a novel technique for wideband tunable wavelength conversion of return-to-zero signals by optical time gating of a supercontinuum (SC) light source. A SC pulse generated by nonlinear propagation in a normal-dispersion fiber has a rectangular shape with highly linear upchirping. By control of the optical time-gating position, the center wavelength of time-gated SC pulse can be precisely tuned. Error-free 10-Gbit/s wavelength conversion with a tuning range of 27.1 nm is experimentally demonstrated.     

Wideband supercontinuum generation in tapered tellurite microstructured fibers

Enhanced soliton trapping of dispersive waves in a tapered tellurite microstructured fiber pumped by a 1556 nm femtosecond fiber laser is demonstrated. The short wavelength edge of supercontinuum light is extended from 960 to 600 nm after tapering the tellurite microstructured fiber, which is caused by the enhanced soliton trapping of dispersive waves owing to the changing group velocities in tapered fibers. Wide-band supercontinuum light source spanning from 600 to >2400 nm is generated in tapered tellurite micro-structured fibers. Our experimental and simulated results show that short length (several centimeters) zero-dispersion-wave length decreasing highly nonlinear fiber has a potential for generating wideband supercontinuum light source expanding from visible to mid-infrared region.     

光子晶体光纤数值孔径的测量和数值研究

光纤的数值孔径是光纤的重要参数,大数值孔径光纤在激光器和激光感应荧光系统中有很好的应用前景。光子晶体光纤的数值孔径与传统阶跃型光纤不同,它与光波长有密切的关系。因此,本文用光谱仪测量了不同结构的折射率引导型光子晶体光纤的数值孔径,并进行了数值模拟,研究了光波长、包层空气孔直径、孔间距等对光子晶体光纤数值孔径的影响,同时对光子晶体光纤的非线性系数、宏弯损耗、截止波长、有效模面积等与光波长有关的参数进行了研究,取得了满意的结果。     

光子晶体光纤产生飞秒超连续谱的实验研究

研究了飞秒脉冲经过光子晶体光纤时超连续谱产生的物理机制。采用输出波长可调谐的钛宝石光参量放大器作为泵浦源,光纤光谱仪测量不同泵浦功率和不同泵浦波长条件下光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱图,对进行了归一化处理后的不同泵浦功率和不同泵浦波长条件下的超连续谱进行对比,分析影响光子晶体光纤超连续谱差异的物理机制。实验结果表明,当泵浦波长不变时,随着入射泵浦脉冲平均功率的增大,波峰增多,谱宽也逐渐加宽并伴随着出现能量向短波方向集中的现象,泵浦功率到达一定强度时,超连续谱的宽度最后到达饱和,谱的包络趋于稳定;入射光功率稳定在300 mW时,超连续谱的宽度和形状皆受到泵浦波长影响,在760～840 nm范围内,泵浦波长越长,波峰数越多,泵浦脉冲波长离零色散点越近,光子晶体光纤产生的超连续谱谱宽会越宽,超连续谱的形状相对越平坦。     

Ultralow-birefringence measurement in optical fibers by the twist method

We describe a simple method for measuring ultralow birefringence in optical fibers. It allows one to measure birefringence in the range of 4x10(-6) 1.25x10(-8) , which corresponds to the 0.2580-m range of the polarization beat length at the wavelength of 1 microm . A fiber section of a length shorter than the polarization beat length can be used for measurement. The measuring procedure involves measurement of the light intensity only and does not require an analysis of the light-polarization state. Experimental results for an optical fiber with a beat length of 1.9m are presented.     

具有波长不敏感特性的全光纤时分复用器

分析了熔锥型非对称单模光纤耦合器的宽带特性,介绍了采用２×２宽带光纤耦合器进行级联实现的８×２．５Ｇｂ／ｓ时分复用器,信号源采用增益开关量子阱ＤＦＢ激光器,脉冲宽度为４０ｐｓ,周期为４００ｐｓ。实验结果表明,采用这种方案制作的时分复用器,插入脉冲的间隔均匀,脉冲的波动小且损耗低,同时,这种时分复用器具有对波长响应不敏感的特性     

白光干涉偏振模耦合分布式光纤传感器分析

分布式光纤传感器能够测量沿光纤长度上连续分布的外界量。用保偏光纤作为传感光纤的分布式光纤传感器,被测外界量引起保偏光纤中传播的两正交偏振模的相互耦合。用迈克尔逊干涉仪两臂光程差来补偿两个偏振模的光程差的方法探测传感信号。为了设计白光干涉偏振模耦合分布式传感器,根据统计光学原理分析了传感器的互相干特性。在此基础上分析了传感器的空间分辨力、光纤耦合点分辨力、最大传感光纤长度。波长1310nm、谱宽36nm的超辐射发光二极管(SLD)作光源．用色散参量为600ps／km,拍长3mm的保偏光纤的分布传感器空间分辨力和光纤耦合点分辨力分别为6cm和3mm。     

基于傅里叶变换的光纤法布里-珀罗传感器解调研究

从双光束干涉的基本原理出发,分析了高斯分布光源条件下利用傅里叶变换解调光纤法布里-珀罗传感器的原理。针对高斯分布光源特点,提出直接对波长均匀采样得到的光谱数据进行快速傅里叶变换,然后利用传感器腔长与频域中峰值频率之间的关系求解传感器腔长的可行性。在此基础上,采用频谱插值技术提高了系统解调精度,并利用宽带光源和光谱仪等组成的解调系统,对所提出的方法进行了实验验证。结果表明,从实验中测得的数据与理论计算值能较好地吻合。     

KCl晶体瞬态辐射谱时间分辨多道测量研究

报道了采用多通道光纤延迟和光学多道分析技术采集KCl晶体瞬态冲击辐射时间分辨光谱的新方法。多光纤延时耦合器由5条长度不等的光纤组成,光纤长度差决定延时时差,光纤出射光由透镜耦合进入多色仪,经色散后在面阵探测器上形成与信号光纤一一对应的光谱图形,经计算机处理获得该信号光的空间一时间分辨光谱。建立了实验装置,实现了KCl晶体冲击辐射谱时间分辨多道测量,时间分辨率达到20ns,谱强度分辨率1／18bit。     

Linear wavelength sweep of a semiconductor laser and its consequence for dispersion measurements and interference noise in optical fibers

The wavelength shift of a semiconductor laser during triangular pulse modulation has been investigated, using both a Michelson interferometer and direct spectral measurements. This property is used to establish a method for high-resolution dispersion measurements limited to 10 ps, and not affected by material dispersion or detector rise time. A theoretical investigation shows under what conditions the method is equivalent to the standard dispersion measurement setup. The technique is applied to measure polar mode dispersion in single-mode fibers. Examples of polarization noise caused by polarization anisotropy and the variation of source wavelength are presented.     

Linear wavelength sweep of a semiconductor laser and its consequence for dispersion measurements and interference noise in optical fibers

The wavelength shift of a semiconductor laser during triangular pulse modulation has been investigated, using both a Michelson interferometer and direct spectral measurements. This property is used to establish a method for high-resolution dispersion measurements limited to 10 ps, and not affected by material dispersion or detector rise time. A theoretical investigation shows under what conditions the method is equivalent to the standard dispersion measurement setup. The technique is applied to measure polar mode dispersion in single-mode fibers. Examples of polarization noise caused by polarization anisotropy and the variation of source wavelength are presented.