带宽可调的斜边光纤光栅滤波器的设计与制作

基于遗传算法设计了斜边三角形光纤光栅(EFBG)的折射率调制函数;提出了光纤外径沿轴向变化、在拉应力下可获得可调谐的斜边三角形光纤光栅;计算分析了该器件多个物理参量对反射光谱的影响。在实验中,采用紫外激光扫描辐照方法,制备了短波边斜边带宽为0．7nm、反射率为96％的斜边三角形光纤光栅;采用程序控制氢氟酸腐蚀方法获得外径从原始62．5μm减小到45μm、在85mm长度内按设计要求变化的光纤光栅。对该光纤光栅施加从。到1．715N变化的拉力时,其反射光谱短波边的斜边带宽从0．7nm增加到2．3nm,实现了一种带宽大范围可调的斜边光纤光栅。     

拉锥型啁啾光纤光栅滤波器的研究

本文主要对拉锥型啁啾光纤光栅滤波器进行详细的理论分析和实验研究. 结合传输矩阵法, 谐振理论和耦合模理论, 深入细致地分析了啁啾光纤光栅自身参数 (光栅长度, 折射率调制幅度, 啁啾系数), 拉锥参数和锥区损耗对拉锥型啁啾光纤光栅滤波器透射谱的影响, 并研究拉锥对啁啾光纤光栅各波长反射率影响. 在此基础之上进行相应的数值仿真及实验验证, 数值仿真与实验结果基本一致. 关键词： 光栅拉锥 啁啾光栅 传输矩阵法 滤波器     

不同折射率调制的光纤光栅的特性及其应用

介绍了九种不同折射率调制的光纤光栅的折射率分布及其光谱特性,建立了各种光纤光栅的数学模型,并分析了它们的优缺点及其应用特点。给出了各种光纤光栅之间的联系,并指出两种或多种单一折射率分布的光纤光栅的组合形式将是以后的发展趋势。以折射率分布为出发点,深入地讨论了各种光纤光栅的周期、折射率调制深度、中心反射光波长或透射光波长、带宽、反射率等参数与其功能的关系,为实际系统的设计提供了参考。     

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.     

极窄带宽的布拉格光纤光栅光谱特性研究

根据理想模展开下的耦合模方程，对光纤布拉格光栅的峰值反射率公式进行了数学推导，得到了布拉格光纤光栅的光谱反射率表达式。全面讨论了光栅周期、光纤栅长、光致折射率微扰最大值等参数与光纤光栅反射光谱的关系。仿真结果显示了固定参数下布拉格光栅的极限窄带宽，得到的反射率为1、带宽为0.02nm的窄带宽布拉格光栅，比现今分布式传感系统中使用的布拉格光栅的带宽窄1个数量级。这种布拉格光纤光栅用于分布式传感系统，可大大提高分布式传感系统中光源的带宽利用率，消除各信号间的相互串扰，提高传感光栅复用数目，降低解调系统成本。     

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.     

可双参量同时测量的光纤磁场传感器

设计并制作了一种马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)与光纤布喇格光栅级联的光纤磁场传感器,其中MZI由相当于分光器的锥结构和相当于耦合器的花生锥结构级联组成,封装在填充了磁流体的毛细管中.由于磁流体的有效折射率会随着外界磁场强度的改变而变化,故可通过观察干涉谱的特征波长的变化来测量外界磁场强度,而光纤布喇格光栅透射峰对磁场强度不敏感.当磁场强度由0mT变化到20mT时,马赫-曾德尔干涉峰的灵敏度为0.11nm/mT.温度特性实验测得马赫-曾德尔干涉峰和光纤布喇格光栅透射峰的温度灵敏度分别为0.401 5nm/℃和0.011 4nm/℃.因此,可利用敏感矩阵实现双参量同时测量.     

有限包层半径光纤Bragg光栅的理论研究

采用光纤波导三层模型,对有限包层半径光纤Bragg光栅导模有效折射率的改变进行了理论分析,结果表明:当包层直径小于16μm时,单模光纤Bragg光栅(纤芯直径为8.3μm)的导模有效折射率才开始发生明显变化.在包层外添加外包层,通过改变外包层的折射率可以实现对光栅Bragg反射波长的调谐,同时对不同芯子直径的光栅Bragg波长移动进行了数值计算.在保证光纤归一化频率不变的前提下,芯径越小Bragg波长调谐范围越大,当包层厚度为1μm时,芯径为a＝2.2μm的光栅Bragg波长调谐范围约为3.9μm.     

基于氧化石墨烯涂层的侧抛光纤马赫-曾德尔干涉仪温湿度传感器

对基于微锥的侧抛光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构进行了理论和实验研究.与传统没有经过侧边抛磨的光纤MZI相比,可以看出控制光纤侧抛深度可以有效地提高MZI结构的折射率传感性能.研究结果表明:侧抛深度达41.7 μm时,折射率在1.34附近的传感灵敏度达-117.145 nm/RIU.利用侧抛光纤MZI结构结合亲水性...     

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.     

一种通道数可变的光纤光栅梳状滤波器

利用级联长周期光纤光栅与具有宽带反射功能的啁啾光纤光栅,构成了一种反射型的光纤光栅梳状滤波器.由于光在输出前经过两次干涉滤波作用,所以该梳状滤波器的消光比与透射输出型(即反射前)相比,增加了一倍.而且,通过调节啁啾光纤光栅的反射带宽,可以改变滤波器输出信道的数目.实验中利用弹性梁弯曲的方法,获得了两个可调的光纤光栅梳状滤波器,其信道数可分别在1～5和3～9之间的奇数间调谐(如果改变啁啾光纤光栅的初始中心波长,也可以获得偶数信道间的调谐).     

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。     

基于长周期光纤光栅折射率敏感特性的混凝土结构钢筋锈蚀监测

研究了长周期光纤光栅(LPFG)谐振透射光谱对外界环境折射率变化的敏感特性,在此基础上提出了将混凝土内部钢筋周围环境折射率与LPFG光谱特性相结合的理论,设计了一种基于折射率测量的LPFG钢筋锈蚀监测传感器.采用LPFG透射光谱枪测技术,获取钢筋锈蚀过程中混凝土内部不同折射率环境所对应的LPFG透射光谱曲线族,进而得到...     

可编程带宽波长独立可调光纤光栅滤波器

研究了一种基于线性啁啾光纤布拉格光栅(LCFBG)和热光相移技术的可编程带宽波长独立可调光纤光栅滤波器,透射峰数目、带宽、中心波长及波长间隔独立可调。由于热光效应,对LCFBG局部区域进行加热便可在加热处引入相移,使LCFBG透射禁带上产生透射峰。采用可编程的热打印头作为数字化加热单元,精确加热光纤光栅的特定位置,通过控制加热区域的数目和加热区域的间隔来分别确定透射波长的数目和透射波长的间隔;通过改变LCFBG被加热区域的宽度,实现可变带宽滤波。此可编程带宽波长独立可调光纤光栅滤波器的透射峰带宽调谐范围为0.07～1.55nm,透射峰中心波长调谐范围为1547.44～1558.64nm,两透射峰间距最小为0.95nm。     

微纳尺度光纤布拉格光栅折射率传感的理论研究

亚波长直径微纳光纤强倏逝场传输的光学特性,使其对周围介质折射率的变化具有极高的灵敏度.本文提出一种基于微纳尺度光纤布拉格光栅(MNFBG)的折射率传感器,结合微纳光纤倏逝场传输和光纤布拉格光栅(FBG)强波长选择的特性来实现高精度折射率传感,对其制备可行性进行了讨论.论文中对MNFBG折射率传感机理进行了深入的理论分析,并使用OptiGrating软件进行了数值模拟,模拟数据显示MNFBG折射率测量的灵敏度随着光纤半径的减小而增加,其中光纤半径为400 nm的MNFBG灵敏度可达到993 nm/RIU,相比于包层蚀刻的FBG灵敏度增加了170倍,说明MNFBG对发展微型化、高灵敏度折射率传感器具有良好的应用前景. 关键词： 微纳光纤 光纤布拉格光栅 折射率传感     

基于少模-无芯-少模光纤结构的高灵敏度折射率传感器

光纤折射率传感器广泛应用于各种复杂环境的监测。设计了一种基于少模光纤（fewmode fiber,FMF）–无芯光纤（coreless fiber,CLF）–FMF结构的高灵敏度折射率传感器。该传感器由2小段FMF之间熔接1段减薄的CLF组成马赫-增德尔干涉仪（Mach–Zehnder interference,MZI）,测量外界折射率,利用光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating,FBG）进行温度补偿。MZI干涉光谱中的谐振波谷同时受折射率和温度影响,FBG只受温度的影响。利用MZI和FBG的折射率和温度灵敏度系数构建灵敏度矩阵,实现折射率和温度的同步测量。实验结果表明,MZI折射率灵敏度为345.66 nm/RIU,温度灵敏度为0.013 4 nm/℃;FBG的温度灵敏度为0.010 4 nm/℃。     

熔融拉锥型光子晶体光纤马赫-曾德尔干涉仪传感特性EI北大核心CSCD

基于熔融拉锥型光子晶体光纤（PCF）的马赫-曾德尔（M-Z）干涉仪是在一段实芯PCF两端分别熔接单模光纤后进行熔融拉锥制作而成的,该传感器透射光谱的干涉条纹对比度可达2．23dB。利用该传感器实现了对不同质量浓度氯化钠溶液传输光谱的检测,研究了其传输光谱与外界折射率的响应关系。实验结果表明,在折射率变化范围为1．333-1．349时,该传感器对于不同质量浓度氯化钠溶液的折射率测量灵敏度为210．075nm／RIU在温度测量范围为20℃-70℃时,其温度灵敏度约为0．0018nm／℃,在测量中能够克服温度交叉敏感问题。     

仅用一根局部微结构长周期光纤光栅实现温度与弯曲曲率的同时测量

提出并制作了一种具有微结构缺陷的局部微结构长周期光纤光栅,该光栅是用氢氟酸局部腐蚀长周期光纤光栅,在包层区域形成局部缺陷得到的.理论分析与实际制作表明,局部腐蚀会改变包层模的有效折射率调制,相当于在缺陷部分引入一个相移,在其光谱图上表现为在透射阻带中打开一个透射窗口,形成两个透射阻带和一个透射通带.在此基础上对其进行了传感实验,研究了两个透射阻带和透射通带的温度和弯曲特性.实验结果表明:透射通带和两透射阻带的温度灵敏度相同,均约为0.05 nm/?C;而透射通带的弯曲曲率灵敏度(约为-2.61 nm/m-1)小于透射阻带的弯曲曲率灵敏度(约为-4.71 nm/m-1),因此利用敏感矩阵,可以仅用一根光栅对弯曲曲率和温度双参量进行同时测量.     

新型长周期光纤光栅的设计与研制进展

长周期光纤光栅(long-period fiber grating,LPFG)是一种宽带的透射型无源光子器件,在光纤通信和光纤传感领域应用广泛.本文从折射率空间调制的角度,根据栅格周期长短、折射率调制深度和栅面法线取向三个特征参数,对LPFG进行了分类并分析了其不足,定义了新型长周期光纤光栅(novel long-period fiber grating,NLPFG)概念并指出了其研究意义;阐述了典型的LPFG写制新技术,建立了NLPFG模型和设计理论;提出了NLPFG正、反向设计流程,阐述了NLPFG典型设计方法;综述了近年来NLPFG的研制及典型应用,展望了NLPFG研究的发展趋势.     

基于长周期光纤光栅的FBG解调方法北大核心CSCD

研究了基于长周期光纤光栅(long-period fiber gratings,LPFG)的光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratings,FBG)解调方法,该方法利用LPFG的透射谱作为边沿滤波器解调FBG,其解调性能主要取决于LPFG的透射光谱深度。详细分析了CO_(2)激光写制法对透射光谱的影响,制作了透射光谱深度为25 dB的LPFG,并采用该光栅搭建了FBG解调装置,将FBG粘贴于金属应变片表面,测试了其静态与动态响应特征。实验结果表明:该方法制作简单,成本低,具有较好的线性动态范围,可以实现较高灵敏度的FBG解调。