光纤光栅温度调谐技术的发展与展望

介绍了光纤光栅调谐技术的基本原理。分别对基于半导体制冷器、电阻丝、双肩梁结构、镀膜光纤光栅的温度调谐方法进行了分析和综述。展望了光纤光栅温度调谐技术未来的发展。     

快速可调谐电光聚合物波导光栅

提出并设计了快速可调谐电光聚合物波导光栅.该波导光栅通过极化聚合物的线性电光效应 可实现谐振波长的纳秒级快速调谐，调谐灵敏度为61pm/V.研究了该波导光栅的反射谱和透 射谱特性与光栅周期,周期数,折射率调制函数及其调制大小的关系.讨论了波导光栅的材料 选择,制备工艺,快速可调谐性和偏振相关性.该波导光栅不仅克服了光纤光栅调谐速度慢和不利于大规模集成的不足，而且具有调谐灵敏度高,制备工艺与半导体工艺兼容和偏振无关 等优点. 关键词： 光通信器件 光波导 电光效应 聚合物 波导光栅 光纤光栅     

光栅调谐TEA CO2激光器理论计算模型

基于六温度模型速率方程理论 ,建立了系统计算光栅调谐TEACO2 激光器动力学特性的理论模型。利用该模型举例计算了光栅调谐TEACO2 激光器的各种输出特性。计算中 ,激光器的增益体积为 0 .9L ,闪耀光栅的光栅常数为 12 0line/mm ,闪耀角为 30°,激光混合气体气压为 6 1 3kPa ,温度为 30 0K ,采用光栅零级作为耦合输出。计算给出了如下结果 :1)光栅分别调谐于 9R(2 0 ) ,9P(2 0 ) ,10R(2 0 )或 10P(2 0 )线时 ,激光器的输出脉冲能量 ;2 )光栅调谐于 10P(2 0 )线时 ,激光输出谱线的精细纵模结构和输出激光脉冲波形 ;3)激光输出脉冲能量和输出波长随光栅入射角的变化 ;4 )光栅输入失调时 ,激光输出波长的精细纵模结构。这些计算结果与熟知的实验结论一致     

基于光纤自适应耦合和自调谐的光纤光栅传感系统设计

针对光纤光栅传感系统应用中面临的应变能力和可靠性不稳定的问题,研究并设计了一种基于自适应耦合切换和自调谐光纤光栅传感系统。首先,基于长周期和短周期光纤光栅耦合特性建立了自适应耦合器件及其切换算法,然后再分析耦合特性的基础上设计了支持自调谐功能的光纤光栅传感器及其调谐算法,最后给出了支持耦合自适应切换和耦合特性自调谐功能的光纤光栅传感系统。实验表明,在检测精度、抗干涉能力和应变能力等方面,所提方案表现出了明显优势。     

一种新颖的光纤光栅带宽调谐方法

提出了一种新颖有效的光纤光栅带宽调谐方法,将光纤布拉格光栅斜向粘贴到矩形截面弹性梁的侧面上,通过调节弹性梁的曲率,实现了对光纤布拉格光栅的线性带宽调谐,调谐后的光纤光栅带宽可达11．32nm,中心波长的变化小于0．1 nm。     

光纤布喇格光栅的金属管封装与电调谐

本文用薄金属套管对光纤光栅进行了封装,并利用其进行了光纤布喇格光栅的电调谐实验.这种调谐方法保持了光纤光栅体积小的优点,操作简便,可远距离实现,光纤光栅的波长变化与电流的平方或电功率成正比.实验中用3.2A的电流获得了3nm的波长调谐,调谐速率约为0.59nm/W.     

基于悬臂梁的光纤光栅线性调谐器研究

分析了基于悬臂梁的光纤光栅线性调谐的基本原理及调谐公式,指出了调谐范围、调谐灵敏度和反射波谱展宽与悬臂梁结构的关系,并提出了优化方案.实验中选用适当尺寸的悬臂梁,对粘贴其上的光纤光栅的反射波长实现了线性调谐,并可对调谐范围、灵敏度等指标进行灵活控制.     

基于压电陶瓷的激光频率调谐技术

在充分研究各种激光调谐方法优缺点的基础上,针对其调谐范围、调谐速率、调谐线性等方面存在的不足,提出一种基于压电陶瓷的激光频率调谐技术。该方法将压电陶瓷与光纤光栅激光器的布拉格光栅进行粘结,通过调整压电陶瓷的驱动电压来带动布拉格光栅的伸缩,实现波长（即频率）的调谐。同时,利用虚拟仪器中的计算机软件拟合技术,校正压电陶瓷输入电压与输出位移之间的非线性,使系统呈线性频率调谐,以提高测量精度。实验结果表明,当压电陶瓷的驱动电压变化126 V时,可实现0.8 nm（即100 GHz）的调谐范围。     

970 nm高功率光栅外腔可调谐半导体激光器

宽条形半导体激光器广泛应用于激光泵浦、激光加工等领域。针对宽条型半导体激光器输出光谱宽、调谐范围小的问题,采用衍射效率分别为28%和55%的反射式衍射光栅作为反馈元件构建了宽条形970 nm波长光栅外腔半导体激光器。研究了Littrow结构激光器参数对其性能（调谐范围、功率、阈值电流、线宽）的影响。实验结果表明,通过结构优化可得到窄线宽可调谐激光输出,适当地提高温度和使用较高衍射效率的光栅可增加激光器调谐范围,并且较高衍射效率的光栅可降低激光器的阈值电流。基于S偏振入射方式的光栅外腔激光器最大可实现27.87 nm的波长调谐范围,光谱线宽压窄至0.2 nm,输出功率可达1.11 W。     

光纤光栅压力传感器中应力迟滞的消除方法

提出了一种利用双光纤光栅消除光纤光栅压力传感器中应力迟滞的方法.将两个相同波长的光纤布拉格光栅分别对称粘贴于悬臂梁的上下表面并串接在一起,外压力作用下可实现调谐双光栅布拉格波长差.研究结果表明,该方法可消除弹性元件材料所引起光纤光栅压力传感器的应力迟滞,改善传感器的线性响应特性和重复性,在0~40 MPa的压力范围内,双峰波长差的调谐范围为5.12 nm,是单峰波长调谐范围的2倍,压力调谐双峰波长差的灵敏度可达0.128 nm/MPa,是压力调谐单峰波长灵敏度的2倍.     

波导耦合纳米光栅结构的光学滤波和角分辨调谐特性

利用干涉光刻技术制备了波导耦合纳米光栅结构,系统研究了其波导共振模式的角分辨调谐特性及其对光栅参数、入射光偏振特性的依赖关系,并作了相应的理论模拟.特别研究了光栅周期和厚度对波导共振模式角分辨调谐速率的影响.实验结果对于器件进一步应用于滤波、生物传感技术具有重要的指导意义. 关键词： 波导耦合光栅 干涉光刻 角分辨 调谐速率     

频率可调谐光栅反馈式扩展腔二极管激光器的搭建与测试

采用Littrow结构,用半导体激光器加上光栅反馈组成外腔可调谐半导体激光器.利用光栅的1级衍射光,反射至激光管选择激光频率,获得红光或近红外波长的单纵模、窄带宽、连续可调谐的激光输出.光栅平面同时作为激光外谐振腔的一个端面,外腔的模式选择、光栅选频作用,以及激光管本身的模式选择(内腔模式)的共同作用,最终产生可调谐的单纵模激光输出.     

基于LiNbO_3的长周期波导光栅可调谐耦合器的设计

设计了一种基于LiNbO_3的长周期波导光栅可调谐耦合器.该耦合器利用长周期光栅的独有特性将输入波导的导模经包层模耦合至输出波导导模.由于LiNbO_3的电光效应,波导光栅芯层与包层的有效折射率随外加电压变化,从而耦合器的谐振波长及耦合效率可由外加电压调谐.分析了光栅周期与耦合器的长度对耦合器带宽和耦合效率调谐范围的影响,以及波导尺寸对谐振波长调谐灵敏度的影响.结果表明光栅周期越短,耦合器长度越长,则耦合器的带宽越窄,耦合效率调谐范围也越大.此外,谐振波长调谐灵敏度随波导宽度的增加而减小,而波导厚度对谐振波长调谐灵敏度的影响可以忽略.对光栅周期为94μm、长度为3.52cm的耦合器进行仿真,结果表明,谐振波长灵敏度为26.2pm/V,3dB带宽可达4.5nm,当外加电压从0变化到200V时,谐振波长变化5.24nm,耦合效率可在1到0.15之间进行调谐.     

波长可调谐取样光纤光栅激光器的输出特性研究

建立了具有两个取样周期略有不同的取样光纤光栅反射镜的Vernier波长调谐机制的光纤分布布拉格反射式激光器的数值仿真模型,对激光器的输出特性进行了分析. 研究了激光器输出特性随着激光器前后光栅反射镜波长以及前后光栅反射镜反射率的变化关系. 提出了对两取样光栅反射率的优化配置方案,可以使输出激光的边模抑制比有所提高;同时对波长调节方式也进行了探讨;进行了实验研究. 关键词： 取样光纤光栅 光纤激光器 波长可调谐激光器     

周期极化铌酸锂THz波产生理论分析

首先采用光参量振荡的机理研究了THz波在准相位匹配媒质周期极化铌酸锂晶体中同向传播与反向传播情况下,以及THz波从晶体表面辐射产生的特性;其次研究了THz波的温度调谐特性、极化反转光栅周期调谐以及改变入射泵浦光与光栅波矢夹角的调谐特性;然后分析了THz波谱宽特性,给出解析表达式,并与实验结果进行了比较,证明理论分析结果与Y.S.Lee等人所给出的实验结果符合很好;最后分析了THz波的稳定性与温度、光栅周期、泵浦入射角以及辐射角的关系.     

一种新型可调谐环型腔掺饵光纤激光器输出特性的研究

理论分析了光纤光栅调谐量与光纤应力和拉伸系数间的关系,实验研究了环行腔掺铒光纤激光器的最佳输出耦合比、调谐波长与新型可调谐光纤光栅挤压长度的关系以及不同耦合比对激光线宽和调谐范围的影响。在最佳输出耦合比为9:1时得到3.8mW最大激光输出功率,在耦合比为7:3时最大调谐范围为7.85nm。     

基于二维光栅的偏振无关波长可调谐垂直腔面发射激光器

为了能够实现垂直腔面发射激光器(VCSEL)偏振无关特性,提出了将偏振无关光栅与half-VCSEL集成的方法。基于严格耦合波法,分析了光栅参数对偏振无关二维光栅反射特性的影响,经过模拟计算,发现在光栅周期为691～719 nm、光栅宽度为408.73～467.60 nm时,偏振无关二维光栅有210 nm的高反射带宽。将偏振无关二维光栅与中心波长为1.55μm的half-VCSEL进行集成,得到了中心波长为1.55μm的偏振无关波长可调谐VCSEL,经过光学传输矩阵计算,可得该偏振无关波长可调谐VCSEL的波长调谐范围可达93 nm。     

不同谐振腔分步合成法制备的固态染料P567可调谐激光器

利用新型分步合成法制备的激光染料P567掺杂有机改性凝胶玻璃,建立了基于全息光栅的两种不同腔型可调谐激光器.采用光栅零级作为输出的激光器,调谐范围近70nm (543～610nm), 获得的最高斜效率为17%;采用腔镜耦合输出方式,调谐范围超过30 nm (553～585 nm),获得的最高斜效率为9.7%.并对激光器的可调谐范围、阈值、斜效率及线宽等参数进行了深入的分析比较.     

一种简单的光纤光栅电调谐方法

采用较简单的双点源真空蒸发法在光栅外表面上蒸镀一层均匀铝膜,利用电流流过铝膜时产生的电阻热改变光栅的温度而使光栅的中心波长向长波方向发生改变.光栅中心波长的变化与所加电流的平方成正比.实验中用较小的电流(约43mA)获得了较大的波长调谐范围(约4nm),其调谐精度达到2.15×10^-3nm/(mA)².     

一种新颖的光纤光栅温度调谐装置的原理与实验研究

提出了一种新颖的光纤光栅温度调谐方案，并将按此方案制作的调谐装置命名为双肩梁，详细分析了其原理.设计制作了一套双肩梁调谐装置，并对其进行了实验研究.实验中得到了0.436nm/℃的温度调谐效率，把所用光纤光栅的温度灵敏度提高了50倍之多.调谐具有很好的线性和可重复性.该装置最大的优点在于它突破了以往热调谐方法中驱动材料热膨胀系数的限制，使得温度调谐效率可以根据实际需要进行灵活设计，从而具有很大的灵活性.该装置在激光器调谐、高灵敏度温度传感以及传感解调等领域有着很大的潜在应用价值. 关键词： 光纤光栅 调谐 双肩梁 温度调谐