衍射光栅式光纤光栅解调器件温度特性研究

对衍射光栅式光纤光栅解调器件的温度特性进行了研究。利用有限元软件ABAQUS对不同材料解调器件的结构件在高低温情况下的形变量进行了仿真。根据仿真得出的变形量,通过光路计算,分析了结构件的变形对光电探测器像面上的不同波长光束成像位置的影响。对硬铝、45#钢和殷钢这三种不同材料的解调器件进行温度试验,发现对于不同材料的器件,不同波长对应的温度漂移不同。硬铝材料解调器件的温度变化与波长偏差的线性关系不明显。45#钢和殷钢材料的解调器件的温度变化与波长偏差的关系近似线性,而且波长值越小波长随温度变化的曲线斜率越大。可见,为了提高这类器件的温度稳定性,需要从材料、结构、工艺以及软件等方面进行综合补偿。     

非扫描测风激光雷达光学系统设计

光学系统是测风激光雷达小型化的关键,光学设计的质量直接影响系统的整机性能。提出了一种全光纤多路收发非扫描多普勒测风激光雷达系统方案,对其工作原理作了简要介绍;在对激光雷达系统信噪比开展理论分析的基础上,提出了光学天线的视场、孔径、焦距等设计参数,并利用光学设计软件对光学天线进行了设计和仿真实验。该系统工作波长为1064nm,设计结果表明,光学天线相对口径为1∶4.28,全视场角为20°×22.5°,总长为277mm,后截距127.28 mm,有效焦距300 mm,口径70 mm,各视场光纤耦合效率均在65%以上,满足设计指标要求。     

基于双M-Z干涉仪的光纤周界防护系统

基于光纤双Mach-Zehnder干涉仪(MZI)结构对周界防护系统进行了设计研究。通过对两路经过不同延时的相同信号进行互相关运算,实现了对振动入侵点的定位。提出了一种分段数据处理方法,有效地提高了定位稳定性及准确性。测试结果表明,该双Mach-Zehnder干涉仪周界防护系统可以实时对振动点进行定位,在传感光纤长度为2km、采样率为2MHz时定位精度优于200m,能够长时间连续稳定工作。     

基于光纤Michelson干涉仪的钻孔应变传感器

钻孔应变测量是观察地壳应力状态和变化,研究分析应变异常与地质灾害之间关系的主要手段。提出了一种基于光纤Michelson干涉仪的钻孔应变传感器,将钻孔应变转换成测量臂光纤的长度变化,并通过参考臂光纤补偿温度与环境的影响。实验结果表明,其精度为117nm,同时具备有很大的提升空间。该传感器耐高温高压,抗电磁干扰,抗雷击,可应用于野外观测站。     

基于CdSe/ZnS量子点薄膜结构的高双折射光子晶体光纤的色散与损耗控制

基于有限元法,设计了一种六边形排列含CdSe/ZnS量子点薄膜结构的高双折射光子晶体光纤,分析了具有不同厚度CdSe/ZnS量子点薄膜光子晶体光纤的色散及损耗特性.结果表明,含CdSe/ZnS量子点薄膜结构的光子晶体光纤在x和y方向均存在基模.当泵浦光波长逐渐增加时,具有相同厚度CdSe/ZnS量子点薄膜光子晶体光纤的双折射值逐渐增大,x和y方向总色散先增大后减小且存在两个零色散点,损耗逐渐增大并在可见光波段趋近于零;具有不同厚度CdSe/ZnS量子点薄膜光子晶体光纤随CdSe/ZnS量子点薄膜厚度的增加,在相同泵浦光波长处,双折射值逐渐减小,x和y方向总色散逐渐减小且两个零色散点逐渐靠近,损耗逐渐增大.通过沉积不同厚度CdSe/ZnS量子点薄膜和选择合适泵浦光波长,可有效控制光子晶体光纤的色散和损耗.     

980nm半导体激光器输出光谱特性的改善

为了改善980nm半导体激光器的输出光谱特性,采用传输矩阵分析法推导了双布喇格光纤光栅谐振腔的传输表达式,对布喇格光纤光栅长度和谐振腔腔长对输出光谱的影响进行模拟仿真,结果表明布喇格光纤光栅长度对输出光谱的影响大于谐振腔腔长对输出光谱的影响,加长布喇格光纤光栅长度能压缩输出光谱线宽.在980nm半导体激光器尾纤上写入不同布喇格光纤光栅长度的双布喇格光纤光栅谐振腔,验证了引入双布喇格光纤光栅谐振腔在压缩980nm半导体激光器输出光谱线宽的同时改善了其输出光谱的稳定性.当环境温度在0~75℃范围内变化时,980nm半导体激光器输出中心波长仅变化0.06nm.     

基于光纤锥级联结构的湿度传感器

提出了一种基于普通单模光纤粗锥级联结构的马赫-曾德尔干涉湿度传感器.将两根单模光纤对芯熔融成一个粗锥,并依次级联,形成光纤锥-单模光纤-光纤锥-单模光纤-光纤锥结构.外界环境湿度、温度的改变使传感器的纤芯基模和包层模的光程差发生改变,引起传感器干涉光谱发生变化.通过监测干涉谱波长和能量的变化实现对外界物理量的测量.实验结果表明,当空气中湿度在35~95%RH范围内变化时,传感器的湿度灵敏度为-0.065dB/%RH,线性度为0.997;当温度在30~80℃范围内变化时传感器的温度灵敏度为69.4pm/℃,线性度为0.998.该传感器可以避免温湿度的交叉影响,实现单参量的同时在线区分测量.     

基于荧光强度比值法可用于现场测量的低成本聚合物光纤温度传感器

基于荧光强度比值法,设计了一种使用两种荧光染料的光纤温度传感器.实验中,罗丹明B和罗丹明110分别为对温度敏感和对温度不敏感的荧光传感物质,利用聚合物光纤来传导激发光及接收荧光.由于两种染料的荧光谱峰相距60 nm,因此容易将二者对应的荧光谱分开.通过确定能代表两种染料的最优荧光光谱范围,获得具有良好线性度的温度-荧光强度标定曲线.实验研究了不同浓度的荧光染料对标定曲线的影响,当染料浓度为0.3 g/L时,可获得0.28℃的最小均方误差及0.0128/℃的灵敏度.此外,该传感器还具备一定的抗光源扰动和抗荧光染料漂白的能力.     

多模光纤不同模式布里渊散射参数

基于射线光学和波动光学理论分析了多模光纤的布里渊散射特性,提出了确定布里渊散射角取值范围的方法;推导了阶跃型和渐变型多模光纤不同模式群布里渊频移、线宽、散射谱和散射功率的表达式.结果表明,阶跃型和渐变型多模光纤布里渊散射角的最大取值范围为全反射临界角的2倍到π;阶跃型光纤的布里渊频移、线宽、归一化峰值增益和散射功率随模式群的变化比渐变型光纤缓慢,且随着模式群编号的增加,阶跃型光纤的上述参量分别在11.084~10.932GHz、21.760~21.168 MHz、1~0.933和1.990×10-9~1.857×10-9 W范围内呈曲线下降;渐变型光纤的上述参量分别在11.064~10.969GHz、21.683~21.314MHz、1~0.957和2.052×10-9~1.965×10-9 W范围内呈直线下降.     

基于U型弯曲光纤模间干涉的折射率传感

研究了去包层U型弯曲光纤的折射率传感特性.首先根据模间干涉理论,分析了U型光纤传感器的传感原理,指出干涉谱损耗峰波长与环境折射率和弯曲半径有关.利用单模光纤(SM-28)实验制作不同曲率半径的U型光纤传感器,把传感器的U型部分浸入不同折射率的液体中,研究其折射率传感特性.当U型光纤曲率半径为2.5~5.0mm时,传输光谱中均能观察到明显的模间干涉现象;当液体折射率从1.30RIU变到1.43RIU时,光谱损耗峰波长发生红移,且弯曲半径越大,折射率传感灵敏度越高;在曲率半径为5mm时灵敏度为207nm/RIU(折射率1.30~1.40RIU)和1 220nm/RIU(折射率1.40~1.42RIU).干涉峰的波形参量(半高宽、对比度)决定于包层模和纤芯导模之间的比例,当曲率半径为4mm时,损耗峰半高宽最小达3.2nm.综合半高宽和灵敏度两个参量,得出曲率半径4.5mm的U型光纤传感器品质因素最高,分别为43.1RIU-1(折射率1.30~1.40RIU)和191.2RIU-1(折射率1.40~1.42RIU),可直接由SM-28单模光纤制成,且制作工艺简单、成本低、机械强度高不需要任何特殊处理,具有很好的应用前景.