光纤布拉格光栅自致啁啾效应的研究

根据耦合模理论,采用传输矩阵法分析了相位掩模法制作的光纤布拉格光栅的反射谱特性.设计了一种新的写制光纤光栅的光路,利用高斯激光光束写制出具有短波自致啁啾效应的切趾光栅(栅长0.015 m).对具有短波自致啁啾效应的光纤光栅进行了物理切割(剩余光栅的长度分别取0.007 m和0.0055 m),得到了一种新型的具有长波自致啁啾效应的光纤光栅.原本的自致啁啾光栅反射谱中旁瓣分布在短波长方向,而得到的新型自致啁啾光栅的反射谱中长波长方向的旁瓣更为明显.基于对光纤布拉格光栅自致啁啾效应的分析,提出一种新型类高斯切趾函数,以此函数对自致啁啾效应进行数值模拟,得到了与实验结果相一致的光谱图.     

非对称单侧曝光切趾使啁啾光纤光栅获得优化性能

利用谐振理论对啁啾光纤光栅时延纹波和反射谱边瓣的形成原因进行了分析，研究了单侧曝光切趾方式中引入的非常数直流折射率调制分量对啁啾光栅特性的影响，阐明了切趾技术提高啁啾光纤光栅性能的作用机理，提出了一种能够使啁啾光纤光栅获得优化性能的切趾方法，该方法只需对光栅进行单侧曝光，实现简单. 关键词： 光纤布拉格光栅 切趾 群时延 反射谱     

光子晶体光纤布拉格光栅传输谱特性研究

结合多极法和耦合模理论,对一种典型的正六边形空气孔包层结构光子晶体光纤布拉格光栅的传输谱进行了研究,使用Matlab工具对这种光栅特性进行了计算和仿真。对比了常规单模光纤所成光栅与相同光栅周期光子晶体光纤布拉格光栅反射谱及时延特性之间的差异,并给出了定性解释。在此基础上,对光纤光栅的切趾特性进行了研究,选择不同的切趾函数,得出最佳切趾函数下光栅传输谱。理论计算和仿真结果表明,随波长增加,基模有效折射率下降;与相同周期常规光纤光栅相比,光子晶体光栅谐振波长出现蓝移;采用啁啾化处理后,10 cm长光子晶体光纤光栅可以提供1200 ps以上的线性时延。     

非啁啾取样光纤布拉格光栅反射峰值波长的分析

推导并验证了非啁啾取样光纤布拉格光栅(SFBG)反射谱中反射峰值波长的表达式。基于种子光栅中心波长对应的折射率调制深度和取样光纤布拉格光栅折射率调制函数的傅里叶级数展开式,提炼出取样光纤布拉格光栅的折射率调制深度和各阶光栅周期,从而导出其反射峰值波长的表达式。由于考虑了占空比、取样周期等取样光纤布拉格光栅的结构参量,因而表达式能够描述反射峰的分布。仿真实验中,不同占空比或取样周期下计算出的反射峰值波长、信道间隔符合数值反射谱。该表达式既适用于均匀取样光纤布拉格光栅,也适用于交流切趾和交直流切趾取样光纤布拉格光栅。     

基于啁啾光纤光栅的掺Yb3+光纤激光器

啁啾光纤光栅可用于光纤色散补偿及脉冲压缩。该文从光纤光栅的耦合模方程出发，对中心波长为1053nm的啁啾光纤光栅进行了研究，数值分析了啁啾光纤光栅长度、耦合函数、啁啾系数、切趾技术等因素对啁啾光栅反射率、时延特性、色散特性、压缩特性的影响，并将结论应用于掺镱超短脉冲光纤激光器的设计，提出基于啁啾光纤光栅的全光纤环形腔连接方案。与其它非全光纤结构光纤激光器相比，这种结构具有更小的损耗和更高的效率。     

柚子型光子晶体光纤啁啾光栅的反射谱特性

利用有限元法和传输矩阵法,对柚子型结构的光子晶体光纤啁啾光栅的反射谱进行了理论分析。得到了啁啾光栅参数和光纤参数对光子晶体光纤啁啾光栅反射谱的影响规律。结果表明随着啁啾系数和折变量的增加,光栅反射谱呈规律变化,当啁啾系数增大到一定程度时几个反射峰会连到一起,形成一个大的反射带宽。光纤的内包层直径和纤芯直径的改变能够影响各反射峰之间的间距。同时研究了切趾变迹对光子晶体光纤啁啾光栅反射谱的影响,研究表明,所用切趾函数会同时对多个峰进行切趾,每个峰的切趾效果都很好。对反射谱波动较大的几个峰相连的啁啾光栅经过柯西切趾后反射谱曲线平滑,适合于实际应用。     

光子晶体光纤重叠光栅理论模型与光谱特性研究

本文对光子晶体光纤重叠光栅的传输光谱及特性进行了研究.在理论上,提出了基于V-I传输矩阵法的光子晶体光纤重叠光栅分析模型,仿真研究了布拉格叠栅和啁啾叠栅的反射谱和时延特性.在实验上,利用193 nm紫外激光在光敏单模光子晶体光纤中实验制备了定制波长间隔的四重布拉格重叠光栅和波长间隔0.82 nm的啁啾重叠光栅.研究结果显示布拉格光栅的重叠光栅可通过各子光栅写制参数实现光谱灵活定制;基于啁啾光栅的重叠光栅具有周期性宽带滤波特性,谐振周期可由光栅周期偏移调整,且具有平坦的幅度响应和呈良好线性的群时延.实验所得光栅光谱与理论分析很好地符合.研究结果为光子晶体光纤重叠光栅的设计、制备及应用提供了重要的参考依据.     

非对称切趾对啁啾光纤光栅特性优化的分析

基于对啁啾光纤布拉格光栅反射谱和时延曲线的分析,引入非对称切趾技术。综合时延曲线纹波和反射谱纹波平滑两方面考虑,将对称切趾技术的最佳切趾比例、左移和右移两种非对称切趾技术以及采用不同切趾函数对光纤光栅特性参量的优化效果进行了分析和比较。结果表明,与对称切趾相比,左移非对称切趾可避免对称切趾中为增大反射谱带宽而减小切趾比例使时延纹波增大的缺点,在保持反射谱纹波基本不变的前提下将时延曲线纹波降低了43.5%(与实验结果39.9%相吻合)。此外,与仅用汉明函数切趾相比,光纤光栅左端采用超高斯函数、右端采用汉明函数的非对称切趾方式使反射谱平坦部分纹波减小了89.3%,对应的时延曲线拟合误差减小了16.7%,获得了更好的优化效果。     

啁啾长周期光纤光栅的超宽带滤波特性及其切趾优化

基于光纤光栅的模式耦合理论,采用传输矩阵法对啁啾长周期光纤光栅(LPFG)的超宽带滤波特性进行了分析。研究表明当啁啾LPFG的纤芯模同时与同向传输的多个阶次的包层模发生耦合,且与多个不同阶次包层模对应的谐振峰交叠时,其传输谱带宽可扩展到500nm以上,可用做超宽带带阻滤波器。传输谱带宽随模式序数、啁啾系数、光栅长度、周期和折射率调制量的增加单调递增,但随光纤包层半径的增大单调递减。采用高斯折射率切趾技术抑制了传输谱旁瓣,为设计超宽带滤波器提供了新的方法。     

强度调制的啁啾光纤光栅加速度传感器

设计了一种基于啁啾光纤布拉格光栅的新型加速度传感器,该传感器主要由矩形悬臂梁构成的传感机构和光纤光谱仪及光电探测器组成。导出了啁啾光纤布拉格光栅的反射谱带宽与加速度的关系;通过光谱仪检测啁啾光纤布拉格光栅反射谱的带宽或检测光电探测器输出的电压,即可获得加速度的大小。实验结果表明,该啁啾光纤布拉格光栅反射谱带宽及光电探测器输出的电压对温度变化不敏感,且在0~700m/s2测量范围内,反射谱带宽与加速度间具有良好的线性关系。由于反射谱带宽展宽造成了光纤布拉格光栅反射率的降低,因此光电探测器输出电压的线性响应范围只能达到0~35 m/s2,带宽和电压灵敏度分别达到0.005 6nm·m-1·s-2和0.785 6m V·m-1·s-2。     

基于啁啾相移光纤光栅的滤波器设计及应用

相移光纤光栅作为透射型带通滤波器件降低了使用成本和插入损耗.在光通信和传感领域有着较高的应用价值.啁啾相移光纤光栅的透射峰波长和数量由相移点的位置和数量来确定,透射峰特性受相移量的影响.采用分段切趾的方法获得满足光通信要求的滤波特性,利用传输矩阵法分析了切趾前后透射峰特性的变化,结果表明:切趾改善了滤波器的幅度和相位响应,依据滤波器的设计要求选取不同的切趾函数以及切趾比例;切趾还大大减弱了透射峰波长和深度对相移量的敏感度,适当切趾后相移量的影响可以忽略.并提出一种应用双通道啁啾相移光纤光栅滤波器产生脉冲毫米波副载波信号的方案.     

利用遗传算法优化线性啁啾光栅性能

针对制作町用于40 Gb/s全光色散补偿的宽带线性啁啾光栅时出现带内群时延纹波波动较大等问题.提出了一种通过设计和改变切趾函数的参量来优化线性啁啾光栅的新方法.该方法实现简单.只需根据需要设计具有不同滚降特性的切趾函数,同时利用遗传箅法来优化切趾参量.结合传输矩阵法经过200代获得了低带内时延纹波的线性啁啾光栅.数值结果验证了采取非对称分段切趾法在保持反射谱宽和平坦性的同时可以抑制带内群时延纹波的优越性.利用该方法制作了反射谱工作带宽为1.06 nm、时延纹波不超过45.60 ps、可用于大容量密集波分复用系统(DWDM)色散补偿的线性啁啾光纤光栅.     

掺钕光纤放大器的弯曲损耗对增益的影响

利用掺钕光纤放大器的粒子数速率方程、功率传输方程和光纤弯曲损耗公式,对光纤弯曲损耗所引起的增益变化进行了数值模拟,分析了对于不同半径和波长下光纤弯曲损耗对光纤增益的影响,结果表明,对于一定长度的光纤,其增益随弯曲半径的减小而减小,当弯曲达到一定值时,增益发生急剧的降低;随弯曲半径的减小,其增益谱线发生下移,这对实验研究有着重要的指导意义。     

基于光纤光栅的结构体裂缝三维应变传感

利用光纤光栅的反射谱设计了一种用于混凝土纵向裂缝三维应变传感信号的检测及分析处理的方法.利用ANSYS软件自底向上采用构造法构建混凝土三维断裂模型,分析径向均匀作用力下光纤光栅三轴的应力大小,由三维受力模型拟合光栅传感器的三轴应变函数,给出径向作用力下x和y偏振方向谐振波长与三轴应力间的关系,并且由传输矩阵法计算三轴应力作用下光栅反射谱的变化规律;理论分析和模拟计算光纤光栅传感光谱反射峰的分裂规律.结果表明:在均匀的20N作用力下,10cm长光栅x偏振方向的波长偏移量最大值为10.1nm,y偏振方向的波长偏移量最大值为12nm,此时光纤光栅的谐振峰产生明显分裂,形成两个谐振峰,随着载荷的不断增大,两个谐振峰不断地向两边分开,反射峰的分裂点从短波长向长波方向移动,分裂出来的两个谐振峰中短波谐振峰的反射率高于长波谐振峰,但短波谐振峰的带宽小于长波谐振峰带宽;当光栅长度增加至15cm时,在相同的作用力下,光栅两个反射峰的半高宽度均增加,但两个反射峰的间距几乎不变,灵敏度达0.14nm/N.本文研究可将单根光栅结构传感器的二维传感扩展到三维传感.     

Continuous True-Time-Delay System Employing a Novel Tunable Chirped Fiber Grating Delay Line and a Sampled Grating Based Multiwavelength Fiber Laser

A photonics true-time-delay system for phased array antenna beam steering employing a novel tunable chirped fiber grating delay line and a multi-wavelength erbium-doped fiber ring laser source based on a sampled grating filter is proposed. The tunable chirped fiber grating, which act as a continuous time-delay element, is achieved by bending a uniform fiber Bragg grating bonded at a slant onto the lateral surface of a simply supported beam. This technique allows the dynamic control of the chirp rate and spectral width of the grating without center wavelength shift. By adjusting the chirp rate of the fiber grating via bend strain, this kind of tunable chirped fiber grating could achieve very low and adjustable delay times, therefore provides higher angle resolution for scanning microwave beam, even the wavelengths of laser source are fixed and un-tunable. The true-time-delay system using proposed tunable chirped fiber grating delay element and sampled grating based laser source is constructed and demonstrated experimentally.     

带宽调制型单光纤光栅温变无补偿位移传感

报道了利用反射谱带宽调制和光强差分探测技术实现单一光纤光栅温变无补偿位移精确测量的新方法。设计了一种结构新颖的曲臂梁位移传感装置,结合光波导理论与材料力学原理分析了光纤光栅在高斯应变作用下光栅反射谱侧向梯度展宽的成因,理论推导了特殊结构梁在外力作用下光栅反射谱带宽/反射光强与压力之间的响应关系。光栅反射谱侧向梯度展宽的同时反射光强线性增加,利用光强差分检测方法消除光源出光抖动的影响,提高了位移测量精度。基于带宽调制的光纤光栅位移传感方法免受温度变化的影响,在-10℃~80℃的温度变化范围内,测量误差小于1.2%,实现了单光纤光栅温变无补偿位移测量。     

双波长啁啾相移光纤光栅

理论研究并实验验证了一种含有两段π相移的啁啾相移光纤光栅.采用F矩阵对啁啾相移光纤光栅进行计算并分析了该光栅的谱特性.含有两段π相移的啁啾相移光纤光栅可以在普通啁啾光栅透射谱阻带中产生双波长透射峰,透射峰位置直接取决于光栅中π相移的位置,透射峰的线宽和透射峰的波长间隔没有关系,仅随着啁啾率的增大而增大.采用带相位掩模的逐点扫描法对含有两段π相移的双波长啁啾相移光栅进行了制作,获得波长间隔为8 nm的双波长透射谱的光栅器件.该光栅的消光比和3 dB谱线宽分别为20 dB和0.08 nm,实验结果和理论设计一致.     

基于光纤光栅光谱分析的混凝土结构钢筋锈蚀监测

混凝土中钢筋发生锈蚀会严重影响混凝土结构的使用功能,文章提出了通过观察长周期光纤光栅(LPFG)的透射谱变化对混凝土结构中的钢筋锈蚀进行监测。这种方法基于长周期光纤光栅的微弯特性,利用其透射光谱随弯曲度增加逐渐变浅、谐振波长处的光功率与LPFG的弯曲度成线性这一特性,将钢筋锈蚀引起的钢筋径向膨胀转化为光栅的弯曲,通过监测光栅的光谱变化获知光栅的弯曲度进而判断钢筋的锈蚀程度,该方法对钢筋直接进行监测,简单易行,并利用光栅的光谱特性从而避免了环境温度、应变、折射率的影响,实验将光栅埋入到混凝土构件中,从已取得的实验结果来看,这种方法测量钢筋锈蚀厚度的准确度可达1.2 μm,可监测到的锈蚀厚度达3 mm,完全能够实现混凝土结构中钢筋锈蚀的早期至中期监测。