全正色散双包层拉锥Ge-As-Se-Te光纤中的宽带相干超连续谱产生

制备了具有全正色散特性的Ge-As-Se-Te双包层拉锥光纤,并研究了其中的红外超连续谱输出特性。所采用的拉锥光纤的纤芯直径为12μm,外包层直径为108μm,锥区长度为9.8 mm。利用6μm的飞秒激光泵浦10 cm长的拉锥光纤,获得了1.5～14.3μm的超连续谱输出。与同样纤芯直径的单包层拉锥光纤相比,双包层结构不仅增强了光纤的机械强度,还减少了泵浦能量在锥区的损耗,进一步拓宽了超连续谱的宽度。模拟计算结果表明,该超连续谱具有高的相干性。     

中红外高双折射悬吊芯硫系光纤的优化及制备

高双折射光纤对线偏振光具有强的偏振保持能力,因此,开发中红外高双折射光纤对于高效使用高偏振中红外激光意义重大。本研究团队对具有最大双折射值的一字型悬吊芯结构进行了参数优化,结果表明:当矩形芯的长宽比a/b=3.6时,在波长1.55μm处,双折射能达到4.7×10^-4,高于传统的石英保偏光纤;当空气孔半径r=28μm且两空气孔间距d=5.1μm时,双折射值在波长5μm处高达7.1×10^-3;在工作波长范围内,两极化模的限制损耗均低于10^-3 dB/m量级。通过实验制备了结构最优的一字型硫系悬吊芯光纤,其在波长5μm处的双折射高达4.6×10^-3,接近石英光子晶体光纤的双折射水平。     

基于特种玻璃光纤的中红外拉曼激光器研究进展

高功率中红外光纤激光器在基础科学研究、大气通信、环境监测和国防安全等领域有着重要应用。拉曼光纤激光技术是实现中红外激光的一种重要手段,通过级联拉曼运转可在光纤透过窗口内输出任意波长激光。目前,以碲酸盐、氟化物或硫系玻璃光纤作为拉曼增益介质,研究者分别研制出工作波长为3.77μm的二级级联拉曼激光器和波长调谐范围覆盖2～4.3μm的中红外拉曼孤子光纤激光光源。最近,本研究组制备出一种具有高稳定性、高抗激光损伤阈值、大拉曼频移和高拉曼增益系数的氟碲酸盐玻璃光纤,并以其作为拉曼增益介质,先后实现了波长调谐范围覆盖1.96～2.82μm的中红外拉曼孤子激光以及～3μm处的"拉曼孤子雨",初步验证了该氟碲酸盐玻璃光纤在中红外拉曼光纤激光器方面的应用潜力。主要对国内外中红外拉曼光纤激光光源的研究进展进行了总结,介绍了碲酸盐、氟化物、硫系以及氟碲酸盐玻璃光纤材料的特点及相应的拉曼光纤激光器,并对发展趋势进行了展望。     

超大模场硫系玻璃光子晶体光纤研究进展

近年来迅速发展的中红外高功率激光技术迫切需要具有输出光束质量高、质量轻、结构紧凑等特性的中红外光纤介质,用于实现激光产生、传输等。在中红外玻璃中,硫系玻璃具有最宽的透光范围;同时,硫系玻璃又具有最高的折射率和非线性折射率系数,因此它们被认为是理想的产生和传输中红外激光的光纤基质。然而,硫系玻璃网络结构由弱化学键组成,使得硫系玻璃光纤具有较低的激光损伤阈值,这与高功率激光应用需求相矛盾。在不牺牲光纤输出光束质量的前提下,大模场光子晶体光纤技术是优选的实现功率提升的技术方案。本文首先介绍了中红外激光的高功率应用需求和中红外光纤材料低激光损伤阈值之间存在的矛盾,继而对面向中红外高功率激光应用的超大模场硫系玻璃光子晶体光纤的发展进行了综述,详细描述了超大模场硫系玻璃光子晶体光纤设计、制备、材料选择、光纤性能表征等过程,并对其应用前景和存在的技术瓶颈进行了讨论和展望。结果表明,超大模场硫系玻璃光子晶体光纤有望被应用于百瓦级中红外高功率激光应用场景中。     

无节点反谐振空芯光纤1064nm高功率皮秒脉冲传输

本文报道了利用自制低损耗、无节点反谐振空芯光纤传输高功率1064 nm皮秒脉冲激光的研究。光纤包层由7根平均壁厚为700 nm的细玻璃管组成,纤芯直径为42μm,外径为175μm。选择脉冲宽度为15 ps且重复频率可调谐的高功率激光器作为实验光源。使用不同长度的光纤进行了传输测试,测试结果表明：当输入单脉冲能量为403μJ、平均功率为40.3 W、峰值功率为26.8 MW的激光时,最高可实现370μJ的高能量激光输出,传输效率高达91.8%。分析了超短脉冲经过不同长度光纤后时域和频域的变化情况,结果表明：当光纤长度为1 m时,脉冲保持无畸变传输,光谱发生轻微变形;当光纤长度增长至3.3 m时,由于非线性效应的影响,脉冲宽度展宽至26 ps,光谱展宽至70 nm。本研究表明无节点反谐振空芯光纤有望在超短脉冲激光的传输应用领域发挥重要作用。     

基于NI Vision的保偏光纤几何参数测量技术研究

近年来随着高精度光纤陀螺小型化的发展,细径保偏光纤的研制生产技术不断成熟,在研制和应用过程中急需对保偏光纤的几何参数进行准确测量。基于环形LED光源斜射照明的暗场成像技术,结合NI Vision视觉工具包提供的图像粒子分析处理算法,实现了保偏光纤各项几何参数的实时快速测量,且实验测量结果的重复性较好,能够很好地满足细径保偏光纤在研制生产和应用中的测量需求。     

基于SSS结构仿真的F-P腔磁流体填充光纤传感器研究

光纤传感器在工业生产对磁场检测具有着重要意义。本文研究了基于SSS结构的F-P腔磁流体填充光纤传感器对于磁场的敏感性问题。首先,通过Rsoft软件对SSS光纤传感器结构特点进行了研究。由SSS的传感区域延伸出磁流体的填充的实验思路,搭建了磁场发生器,制作了将磁流体填充进F-P结构光纤空腔内传感器,通过变化磁场强度对磁流体的折射率性质进行了研究。得到了磁流体在磁流体在一定的磁场强度内,折射率与磁场强度成一定比例的关系,并实现了F-P腔磁流体的填充。     

基于激光自混合干涉调频信号的位移测量实验

激光自混合干涉在高精度测量领域发挥着越来越重要的作用,微位移测量已应用于大型土木结构、航空航天、健康监测等。传统测量以调幅信号为主,但随着噪声加强,测量误差越来越大,甚至难以测量。为此,采用马赫-曾德尔干涉仪,实现了调幅/调频信号转换。针对大噪声环境下的调频信号,利用多次希尔伯特变换进行相位解卷,实现了原始信号的重构。数值仿真结果证明了该方法的有效性,在10 dB白噪声环境中,系统的信噪比为10.0614 dB,估计误差为0.0614 dB。实验结果表明,微位移重构的误差在100 nm以内,且调频信号的信噪比远高于调幅信号。该方法适用于超精密测量,且在大噪声环境下仍具有较高的信噪比。     

光纤F P腔干涉纳米级位移高分辨率测量

激光抗干扰性好、复用能力强,光纤F P腔干涉仪结构简单、灵敏度高,适于纳米级位移测量。为了进一步提高分辨率,扩展测量范围,本文对光纤F P腔干涉信号的相位和功率进行分析。首先给出了二倍次方功率和分辨率的关系,找出了提高分辨率的途径。然后给出了二倍次方功率和干涉条纹变化的关系,确定了测量条件。最后根据光纤波在F P腔内干涉形成的滞后相位,通过多次希尔伯特变换,实现了待测物体位移重构。数值模拟和实验证明了该方法能够实现高分辨率纳米级位移测量,误差小。     

Ku波段宽带高增益基片集成腔圆极化阵列天线北大核心CSCD

提出了一款应用于Ku波段的宽带高增益基片集成腔(Substrate Integrated Cavity,SIC)圆极化阵列天线。通过引入沿SIC口径面对角线放置的一对半月形寄生贴片和SIC底部馈电纵缝,使SIC中的TM_(211)和TM_(121)谐振模式幅值相等、相位相差90°,产生高增益圆极化辐射。同时,双寄生贴片还引入了一种背腔缝隙耦合振子圆极化辐射模式,扩宽了天线高增益圆极化辐射带宽。在此基础上,设计了一款2×2单元顺序旋转馈电的SIC圆极化阵列天线。阵列天线采用双层基片集成波导顺序相移馈电网络进行馈电,进一步增大了天线的圆极化带宽。综合考虑天线的-10 dB反射系数带宽、3 dB轴比带宽和3 dB增益带宽,测试结果表明,圆极化阵列天线的有效带宽为10.74-13.30 GHz(21.3%),在通带范围内最大增益为14.50 dBi。