长周期光纤光栅傅里叶模式耦合理论

建立了长周期光纤光栅傅里叶模式耦合理论.在分析同向模式耦合时,发现了同向耦合模式的振幅系数间存在傅里叶变换关系.推导了长周期光纤光栅的同向耦合谱和透射谱的通用表达式.该理论是用傅里叶变换分析得出长周期光纤光栅折射率微扰的空域谱,再对该空域谱进行模式同向耦合分析,从而得到长周期光纤光栅光谱特性的通用表达式.根据该理论模拟分析了长周期光纤光栅在不同长度和微扰幅值时的光谱特性,与传统耦合模理论进行了对比分析.结果表明,该长周期光纤光栅傅里叶模式耦合理论具有简单、精确和高效的特点,与实际长周期光纤光栅的透射谱特性一致.应用该理论可分析无过耦合的任意轴向折射率微扰分布的长周期光纤光栅光谱特性.     

长周期光纤光栅的理论分析及实验验证

采用简化的三层光纤模型,从模式理论和耦合模理论出发,分析了长周期光纤光栅的耦合特性及功率透射谱,给出了长周期光栅的主要特性参数。利用计算机建模,采用Matlab软件对实用的SMF 28单模光纤加以特定的光栅折射率调制参数进行数值计算,并采用振幅掩模法刻写长周期光纤光栅进行实验验证,计算结果与实验结果相吻合。     

长周期光纤光栅结构参数与透射谱关系的仿真研究

利用光纤3层模型理论,通过仿真研究发现长周期光纤光栅结构参数与透射谱的变化有规律性关系,给出了一阶低次包层模与导模耦合时透射谱的变化规律。当长周期光纤光栅的纤芯、包层的半径和折射率增大时,谐振波向短波方向漂移;当长周期光纤光栅周期增大时,谐振波向长波方向漂移;当长周期光纤光栅长度增加时,谐振波没有漂移现象,但是其深度减小。通过综合分析发现:谐振波漂移方向比较明确,但是损耗峰深度的变化并没有明显的规律。     

薄膜长周期光纤光栅透射谱的优化算法

通过对长周期光纤光栅模式耦合机理和长周期光纤光栅透射谱特点的详细分析,给出了仿真薄膜长周期光纤光栅透射谱的解决方案。该方案从大量的波长抽样点中选择那些对耦合有贡献的抽样点来计算,并且对每一抽样点只计算最有效的模次的耦合,可以在保证模拟的正确性的前提下最大限度地减少长周期光纤光栅透射谱仿真的计算量。以振幅掩模法（芯层折射率分布近似为矩形分布）写制的薄膜长周期光纤光栅进行了数值研究,研究中考虑了材料色散对导模和包层模式折射率的影响。研究结果表明,该方案能极大提高仿真速度。     

长周期光纤光栅透射谱计算方法的比较与分析

长周期光纤光栅透射谱的求解方法有多种,本文以耦合模理论为基础,对常用的积分法、公式法、传输矩阵法求解长周期光纤光栅的透射谱进行比较与分析,指出这三种求解方法各自的特点和适用条件.积分法可在较宽波长范围内直接得到多个模式透射谱的精确解,但求解过程繁琐,运算量大;公式法虽然在表述和计算上较为方便,但只能在较小波长范围内直接求解单个模式的透射谱;传输矩阵法求解过程简便、准确度高、计算量相对较小,特别适合计算一些非均匀光纤光栅的透射谱.该研究为选择一种精确度高且理论和计算都较简单的计算长周期光纤光栅透射谱的方法提供理论依据.     

长周期光纤光栅透射谱计算方法的比较与分析

长周期光纤光栅透射谱的求解方法有多种,本文以耦合模理论为基础,对常用的积分法、公式法、传输矩阵法求解长周期光纤光栅的透射谱进行比较与分析,指出这三种求解方法各自的特点和适用条件.积分法可在较宽波长范围内直接得到多个模式透射谱的精确解,但求解过程繁琐,运算量大;公式法虽然在表述和计算上较为方便,但只能在较小波长范围内直接求解单个模式的透射谱;传输矩阵法求解过程简便、准确度高、计算量相对较小,特别适合计算一些非均匀光纤光栅的透射谱.该研究为选择一种精确度高且理论和计算都较简单的计算长周期光纤光栅透射谱的方法提供理论依据.     

三包层长周期光纤光栅谐振波长与薄膜光学参数的关系

通过求解严格的耦合模理论建立的三包层结构长周期光纤光栅特征方程,研究了三包层长周期光纤光栅谐振波长与第二包层(薄膜)的折射率和厚度之间的关系。结果发现,随着膜厚及折射率的增大,谐振波长偏移的变化分成三个区域,这与Nicholas D R的实验结果相符。利用HE/EH模的判据数,对三个区域的模特性进行了分析,给出了区域划分的衡量标准。给出了在不同薄膜参数时的长周期光纤光栅透射谱,发现一阶低次HE模式的耦合强度要远大于一阶低次EH模式。     

模式耦合理论在圆周对称长周期光纤光栅建模中的应用

长周期光纤光栅是不同于光纤Bragg光栅的一种光纤光栅器件 ,根据模式耦合理论 ,长周期光纤光栅表现为前向传播的纤芯导模和同向的各阶次包层模式之间的耦合。分析研究了长周期光纤光栅轴向的模场变化。忽略轴向的模式耦合以及包层模式之间的相互耦合作用 ,并认为折射率指数的调制只存在于纤芯中 ,建立了简化的长周期光纤光栅数学模型。对圆周对称轴向均匀型长周期光纤光栅谱特性进行了仿真 ,其结果与实验结果基本吻合 ,表明了简化的数学模型的合理性     

Bragg光纤光栅傅里叶模式耦合理论

建立了Bragg光纤光栅傅里叶模式耦合理论.在分析光纤光栅的耦合模时,发现了耦合模式的振幅系数间存在傅里叶变换关系.推导了将傅里叶变换和模式耦合融合在一起的Bragg光纤光栅反射谱和透射谱的通用表达式.该理论是用傅里叶变换得到Bragg光纤光栅折射率微扰的空域谱,再对该空域谱进行模式耦合分析计算,从而得到Bragg光纤光栅的光谱特性.根据该理论,仿真分析了Bragg光纤光栅的谱特性,与耦合模理论、直接傅里叶变换法进行了对比分析.结果表明,傅里叶模式耦合理论与传统的耦合模理论及实际Bragg光纤光栅的光谱特性一致,具有简单、清晰、直接、精确和分析效率高的特点,可分析任意轴向折射率微扰分布的Bragg光纤光栅结构.     

光子晶体光纤长周期光栅栅区塌陷程度的理论研究

采用局域耦合模理论对一种光子晶体光纤长周期光栅的耦合机理和特性进行了研究.建立了栅区模型,用局域耦合模理论和传统的耦合模理论模拟出LP01和LP02、LP01和LP11耦合的透射谱,并进行比较.从理论上分析局域耦合模理论对光子晶体光纤长周期光栅的适用性,研究了栅格个数、栅格周期和光栅栅区对透射谱的影响.模拟结果表明:随着栅格周期的增大,谐振波长向短波方向移动;随着栅格个数的增加,透射峰深度增加;随着栅区塌陷深度的增加,谐振波长向长波方向移动.     

长周期光纤光栅的透射光谱特征

用Matlab编程的方法对长周期光纤光栅的透射光谱谱线特性进行了研究,数值模拟了长周期光纤光栅周期对光谱谱线的影响.研究结论为长周期光纤光栅的设计提供了理论依据.     

基于PCF-LPG的差分算法实现对光纤传感器的噪音消除

为了有效消除光源抖动及系统不稳定因素给光纤传感器带来的噪音干扰,提高光纤传感器的准确度,本文提出了一种基于光子晶体光纤长周期光栅的差分算法.利用光子晶体光纤长周期光栅良好的温度稳定性及宽光谱滤波特性,同时监测位于光子晶体光纤长周期光栅透射谱正负斜率线性区域内的两个信号功率变化.这两个信号是经同一路径到监测设备的,包含光源抖动以及系统其它不稳定因素带来的噪音干扰,对这两个信号进行差分处理即可有效消除噪音干扰,并将其应用于光纤环镜温度传感器.结果表明:通过基于光子晶体光纤长周期光栅的差分处理,在光源功率变化±10%的情况下,差分值基本保持不变,由此获得的温度测量值与真实值相对误差分别为0.04和0.03|与未引入差分算法相比,传感器准确度从约76%提高到约97%.本文提出的基于光子晶体光纤长周期光栅的差分算法可以有效消除光纤传感器内功率抖动所带来的噪音干扰,大大提高系统的准确度.     

基于长周期光纤光栅谐振光谱调制的氨氮降解监测研究

从长周期光纤光栅(LPFG)谐振透射光谱随外界环境折射率变化敏感特性的角度,详细研究了LPFG氨氮降解监测传感器的工作原理,分析了LPFG谐振峰波长与氨氮溶液浓度之间的对应关系.采用LPFG透射光谱检测技术,获得7种不同浓度氨氮溶液所对应的LPFG透射光谱曲线族,其谐振峰波长随溶液浓度的增大而逐渐向长波方向偏移,波长变化量从2.707 nm减至0.068 nm,且变化量与溶液浓度值呈良好的对应关系,其响应度为52.78 pm·mg-1·L.通过监测LPF-G光谱变化获取氨氮溶液的浓度,进而判断氨氮溶液的降解过程及程度.该方法对溶液直接进行监测,简单易行,测量及传导光路实现全光纤化,无需化学试剂标记,可实现对氨氮溶液降解过程的在线、精确及远距离遥测.     

Optical fiber long-period gratings with Langmuir-Blodgett thin-film overlays

An overlay material was deposited by the Langmuir-Blodgett technique onto a single-mode optical fiber containing a long-period grating. The long-period grating exhibits characteristic attenuation bands in its transmission spectrum whose central wavelengths were observed to depend on the optical thickness of the overlay material, even for materials that have a refractive index higher than that of silica.     

Fabrication of long-period fiber gratings by twisting a standard single-mode fiber

A new method of fabrication of long-period fiber gratings by twisting of a standard single-mode fiber at high temperature is presented. The method relies on the fact that there always exists some core-cladding eccentricity in the optical fiber. Therefore, when the fiber is twisted, its core follows a helicoidal path inside the cladding. The transmission spectrum of the helicoidal long-period fiber grating that is produced contains several dips that correspond to resonances with the fiber cladding modes.     

矩形折射率调制型长周期光纤光栅传输谱的理论分析及数值计算

给出了折射率调制类型为矩形波的长周期光纤光栅的理论分析方法，并利用计算机建模，以FlexcorTM1060光纤为例，对采用振幅掩模法制作的长周期光纤光栅进行了数值模拟计算，计算结果与已有的实验相符合.     

级联长周期光纤光栅的光谱特性研究

级联长周期光纤光栅的透射谱具有干涉峰的振幅大、谱型丰富等优点。利用传输矩阵法分析了级联及相移长周期光栅的光谱特性,研究了级联光栅间距、位置和相移对光栅谱的影响,并对级联及相移长周期光栅谱进行了比较。结果表明:两者光谱特性在光栅间距长度与光栅周期之比较小或级联位置靠近光栅两端时具有较强的一致性。对相移长周期光栅而言,当引入多个相移时,两个主阻带间的通带宽度随着引入的相移个数的增多而逐渐变宽。     

新型波长解调技术在干涉型光纤传感器输出解调中的应用

提出了一种改进型边缘滤波波长解调技术,解决干涉型或谐振型光纤传感器输出的干涉谱波长的快速解调问题。该波长解调技术基于啁啾光栅和长周期光栅的光谱特点,以啁啾光栅作为矩形滤波器,提取传感器输出干涉谱的一个干涉峰;以长周期作为边缘滤波器,将干涉峰的波长信息转化为光强信息进行检测。该波长解调技术波长解调范围为传感器输出干涉谱的一个自由光谱范围(FSR),解调速度快,克服了当前波长解调技术中存在的测量范围与测量速度难以同时提高的问题,同时还具有系统成本低 ,体积小,能够灵活多路扩展的特点。详细介绍了解调系统的工作原理以及系统结构,并将其实际应用于一种干涉型光纤电流传感器输出干涉谱的波长解调中。通过实验证明电流传感器工作在工频及脉冲电流(脉冲宽度25 μs)情况下,该解调系统对传感器输出干涉谱具有准确、快速的解调效果。该研究对推进干涉或谐振型光纤传感器的实际工程化水平的提高具有重要意义。     

Fiber-optic liquid-level sensor using a long-period grating

A liquid-level sensor based on the refractive-index sensitivity of long-period fiber-optic gratings is proposed and demonstrated. The form of the transmission spectrum of the long-period grating is dependent on the fraction of the length of the long-period grating that is surrounded by the liquid. The sensor shows a large linear range, with sensitivity of 4.8% change in transmission per millimeter, for a long-period grating with a length of 40 mm and a periodicity of 400mu;m .