用于CO传感的空芯带隙型光子晶体光纤的研究

光纤气体传感器具有灵敏度高、防磁、防爆、远程控制等优点.而将空芯带隙型光子晶体光纤应用于气体传感,将使得气体传感与检测的灵敏度进一步提高.文章针对一氧化碳气体的特性及传感器对带隙型光子晶体光纤性能的要求,利用平面渡展开法和矢量有限元法,通过分析计算,得出所需的光纤的基本参数,即纤芯的半径、空气孔的半径和间距,使其在纤芯中的传输率达到90%以上,其应用可以使传感器的检测灵敏度得以提高.     

空芯光子晶体光纤中光子带隙的测量

利用全矢量法对空芯光子晶体光纤的光子带隙的存在进行了数值模拟,并通过实验进行了证实。采用透射谱的方法对带隙型光子晶体光纤分别在可见光以及近红外波段进行了测量,光从光纤的一端注入,探测器从另一端接收,实验结果发现可见光附近没有明显的透射带,而在波长为2591nm处出现了一个很强的透射带,证明了光子带隙的存在,与理论模拟相一致,实验的重复性好。     

光子带隙型光子晶体光纤的研究

实验证明,空心的空气-石英光子晶体光纤的纤芯可以局域光,并在理论的基础上,得到光子带隙存在的条件,特定的波带受到限制并沿光纤传导;与每一个波带相对应的光子晶体包层中出现一个完全的二维光子带隙,随着空气填充率的增加,光子带隙的相对大小也会随之变大,而且当减小空气孔尺寸时,光子带隙将被抑制。采用透射谱法在红外波段对带隙型光子晶体光纤进行测量,通过比较光纤的透过谱与光源的光谱,确定是否存在光子带隙。     

光子带隙型光子晶体光纤温度传感特性分析

为了提高光子带隙型光子晶体光纤的温度灵敏度,提出了在纤芯环上并入高折射率液体圆柱的新结构,并利用全矢量有限元法对提出的结构进行了仿真,得到了温度对光纤有效折射率、纤芯能量和有效模面积等传输特性的影响。结果表明,随着温度的升高,光纤的有效折射率和有效模面积会减小,纤芯能量会增加,且零群速率色散点向短波长方向移动,尤其在短波长条件下光纤传输特性随温度变化趋势更加明显。该研究提高了光子带隙型光子晶体光纤传输特性的温度灵敏度,使其更加适合于温度传感方面的应用。     

光子带隙型光子晶体光纤研究与应用

带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)因其独特的性能,在各个领域都有着广泛的应用前景.文章阐述了带隙型光子晶体光纤的导光机制,并将带隙型光子晶体光纤分为空芯光子晶体光纤和全固态带隙型光子晶体光纤两类,较全面地讨论了这两类光纤的特性及其应用.     

光子带隙型光子晶体光纤

光子晶体光纤（PCF）有着许多奇异的特点和广泛的应用前景。目前,光子晶体光纤的技术发展很快,其潜在应用不断被发掘出来。文章简要分析了光子带隙（PBG）型PCF的导光机制,介绍了它的典型结构、制作工艺和PBG的形成机理。探讨了其在光通信中的应用。     

带隙型光子晶体光纤的研究进展

阐述了带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)的发展历史、导光机制和三角形结构光子带隙光纤的特点;较全面地讨论了带隙型光子晶体光纤的特性;重点讨论了现有带隙型光子晶体光纤损耗较大的原因及进一步减小损耗的方法.     

1550nm处空芯光子晶体光纤带隙结构的研究

文章利用全矢量平面波法分析了二维三角结构空芯光子晶体光纤平面内和平面外存在的光子带隙的结构图.重点分析了课题组拉制的空芯光子晶体光纤,计算出了存在光子带隙的波长范围,发现在1550nm的光纤通讯窗口也存在光子带隙.通过理论计算这种光纤,发现随着包层的空气填充率、包层与空气孔两介质的相对折射率差的增大,带隙宽度也将随之增大.最后,说明了如何制备宽带隙的光子晶体光纤.     

空芯光子晶体光纤研究新进展

空芯光子晶体光纤(HC-PCF)是新近发展起来的新一代特种光纤,具有奇特的基于光子带隙效应的导波机制与传输特性,在光波传输与控制、光信息操作与处理以及新型光子器件等领域都具有重要应用.综合评述了有关HC-PCF研究的最新进展,包括HC-PCF的模式传输、损耗机制、色散和非线性等基本特性,以及HC-PCF在高能光波光纤传输、超短光脉冲的色散与非线性传输控制、光与物质非线性相互作用、新型光信息传输功能器件等方面的应用.     

基于空芯带隙型光子晶体光纤的单端置入式同源甲烷检测仪

为了提高复杂环境中甲烷气体探测的适用性,选择空芯带隙型光子晶体光纤(单端镀全反膜)作为光学气室,实现了置入式同源甲烷浓度的探测。采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术,结合长度为0.5 m的空芯带隙型光子晶体光纤,实现了甲烷气体的在线测量,系统的检测下限可达到1.92×10^-5,稳定性波动小于±2.18%。单端全反射设计配合同源探测方式使复杂环境中的甲烷浓度的置入式探测成为可能,为单光源分布式探测提供了研究基础。     

空芯带隙型光子晶体光纤残余双折射特性研究

采用磁控溅射法, 在玻璃基底上一步沉积In₂S₃薄膜。研究了溅射功率对In₂S₃薄膜的成分、结构、表面形貌和光电性能的影响。结果表明: 所制备的所有薄膜均为β-In₂S₃, 无杂相存在, 且具有(222)面择优生长特性。溅射功率对薄膜的成分、厚度和结晶度具有明显的影响, 并因此影响薄膜的光学和电学性能。薄膜在100W沉积时最接近化学计量比, 薄膜的透过率随着溅射功率增大在500nm波段附近显著提高, 禁带宽度达到2.45eV, 同时电流密度增大两个数量级。     

光纤布喇格光栅应力双折射的研究

实验研究了侧向挤压作用下的光纤布喇格光栅(FBG)产生的应力双折射现象,提出了一种消除横向应力对温度交叉敏感的简单而又有效的方法,从理论和实验上进行了分析与验证.研究表明,对FBG施加侧向挤压产生的双折射导致普通光纤布喇格光栅存在两个满足布喇格条件的反射光谱,且双峰间距在100 ℃的温度范围内变化了0.055 nm,利用该双峰间距的变化可消除温度传感中横向应力对它的交叉敏感,实现对温敏系数的修正及温度的校正,实验中测得的原始温敏系数是0.013 8 nm/℃,对温敏系数修正了0.005 nm/℃,对变化的温度校正了4 ℃.     

固胶对光纤线圈热应力干扰双折射的影响

根据光纤线圈受热应力的实际影响,推导了线圈中因排线引起的光纤挤压应力双折射,并提出利用有限元瞬态热分析的方法研究固胶处理对线圈中热应力干扰双折射的影响。通过对固胶处理前后线圈中典型光纤受热应力的影响的数值模拟计算得出,固胶处理后的光纤线圈存在着一个与胶粘剂参数有关的温度区域,在此区域内线圈受到的应力干扰双折射最小,且温度敏感性降至最低。通过对1000 m保偏光纤线圈的实际测试表明,这一温度区域的消光比指标高于低温段1.5 dB,证明了模型的有效性。提出了固胶材料温度特性与环境温度的匹配性概念。     

椭圆孔光子晶体光纤的偏振特性

摘要采用正交函数算法，提出了一种新型椭圆孔光子晶体光纤的本地正交函数模型。采用两种周期性结构的叠加构造超格子，用以表征光子晶体光纤(PCF)的横向折射率分布，同时将横向电场展开为Hermite-Gaussian函数。从电磁场的波动方程出发得到关于传播常数的本征方程。进而得到光子晶体光纤的传播常数、模场分布、偏振特性等传输特性。应用此模型讨论了椭圆孔光子晶体光纤基模两个偏振模式的双折射和群速度走离特性。研究表明，椭圆孔光子晶体光纤具有较大的模式双折射和群速度走离，双折射、群速度走离与频率的依赖关系和普通保偏光纤不同。另外椭圆孔光子晶体光纤还可实现在单模区同时保持高双折射和零群速度走离，可用于研究光纤的非线性。     

高双折射光子晶体光纤及其特性研究

提出了一种复合结构的光子晶体光纤,采用多极法对其双折射、限制损耗、基模模场以及色散特性进行了数值模拟.研究表明,该光纤在1 550 nm处可获得1.56×10-2的双折射,限制损耗为7.31×10-3 dB/km,负色散达-320 ps/(nm·km),且损耗在1 300～1 600 nm范围内基本稳定.     

一种光纤温度传感器的研究

本文提出了一种可用于航空发动机进口温度测量的光纤传感系统，这种双光纤传感器是通过检测光偏振态的变化来测量温度特性的。以蓝宝石单晶片作为探头的敏感元件，可耐２０００℃以上的高温。并且利用蓝宝石晶体的双折射特性得到关于温度的信息，本文从物理模型和数学分析上证实了这种传感器的可行性，用光纤传感器代替传统的发动起进口温度测量系统,可以促进全权数字式电子探测系统再新一代航空发动机中的应用.     

一种新型高双折射光子晶体光纤的特性研究

设计了一种新型结构的光子晶体光纤,建立了对应的数学模型并采用全矢量有限元法对该结构的模场强度、有效折射率、双折射、色散特性和限制损耗进行了分析。研究表明,该光纤在1 550nm处可以获得高达7.66×10-3的双折射和低至12ps/(nm·km)的色散值,同时在800～1 600nm波长范围内,始终保持1.498×10-6 dB/m以下的极低限制损耗,可用于制造极低色散值的保偏光纤。     

光纤光栅温度传感增敏方法研究

针对裸光栅温度灵敏度较低的问题,设计了一种封装方式并进行结构制作。所设计的封装方式是将光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)置入毛细玻璃管中,并填充353ND环氧树脂胶,最后固定在铜片基底上。首先对FBG温度传感及增敏机理进行了理论分析,然后进行结构的设计及制作,最后进行温度传感测试。聚合物353ND和铜片的热膨胀系数显著高于裸光栅,在外界温度发生变化时会对光纤光栅施加附加应力,从而提高其温度灵敏度,并保护FBG传感器的结构。实验结果表明：在40℃至140℃的温度传感测试中,FBG的反射波长保持着不错的线性;温度灵敏度由增敏前的10 pm/℃提升到了21 pm/℃左右,且温度传感特性拟合曲线线性度达到0.996以上。     

超辐射掺铒光纤光源平均波长稳定性分析

为了解决高精度光纤陀螺要求长时间的标度因数稳定性到10-5以下,必须确保高精度光纤陀螺所采用的掺铒超辐射光纤光源具有非常稳定的平均波长.从超辐射掺铒光纤光源的结构出发,推导出其平均波长主要受到温度、抽运功率、抽运波长、抽运光偏振态以及光纤陀螺返回光功率的影响.详细分析了以上因素对于超辐射掺铒光纤光源平均波长稳定性的影响,并介绍了消除或者减小这些影响因素的措施.同时还总结了提高超辐射光纤光源的平均波长稳定性的相关技术,采用这些技术可以获得平均波长随温度变化系数±0.05×10-6/℃的高稳定性掺铒超辐射光纤光源.对于掺铒超辐射光纤光源在高精度光纤陀螺中的实际应用具有指导意义.     

一种新结构光子晶体光纤的双折射特性研究

在普通正六边形光子晶体光纤的基础上,通过改变x轴方向空气孔的大小及分布构造了一种新结构的光子晶体光纤。利用多极法对该光子晶体基模的模场分布及双折射进行了数值计算,分析了光波长与结构参数对双折射的影响,同时对光子晶体光纤的色散特性进行了研究。结果表明,通过改变x轴方向空气孔的大小以及分布结构使光子晶体光纤比普通六边形结构光子晶体光纤的双折射率明显提高,并且具有较低的宽带反常色散,在光纤双折射效应的应用和光学器件的研制等方面具有独特的优势。