基于2×2和3×3耦合器的级联 马赫-曾德干涉仪型波长交错滤波器

针对全光纤级联Mach-Zehnder干涉仪型(CMZI)波长交错滤波器在实际制作过程中存在的问题,提出了由一个2×2和两个3×3 单模光纤耦合器级联组成的全光纤CMZI型波长交错滤波器并进行了分析。分析结果表明:组成滤波器干涉臂的第二对臂长差为第一对臂长差的偶数倍时,耦合器分光比取一些定值可得到输出波形通带平坦、阻带加宽、透射率形态近似于方波的波长交错滤波器。与通常的CMZI相比,最大的优点是在实际制作时可以对每个耦合器的分光比进行准确的监测和控制,大大降低了CMZI型波长交错滤波器的制作困难。最后进行了实验研究,实验所得结果与理论结果相吻合。     

全光纤MZI型三信道波长交错滤波器的改进

为改善全光纤三信道波长交错器的输出特性,提出了一种不对称结构的三光纤臂Mach-Zehnder干涉仪(A-MZI),这种光纤干涉仪由一个一字型3×3单模光纤耦合器和一个品字型3×3单模光纤耦合器以及三条光纤干涉臂组成,其中一字型3×3单模光纤耦合器作为输入耦合器,品字型3×3单模光纤耦合器作为输出耦合器。推导了该器件的输出表达式,并进行了数值模拟。模拟结果表明,与常规的全光纤MZI型三信道波长交错器(C-MZI)相比,本文提出的交错滤波器的信道间功率旁瓣降低了约13.6dB,并且具有对器件参数偏差不敏感等优点。用光纤熔融拉锥法实验制作了该器件,实验结果与理论分析吻合得很好,实验样品的信道间功率旁瓣值-34.6dB,插入损耗1.0dB,信道隔离度30dB。     

基于双“8”字型光纤谐振环的全光纤三端口Interleaver

为改善全光纤三端口Interleaver的输出特性,提出了一种基于双“8”字型光纤谐振环的对称结构三端口全光纤Interleaver.该谐振环由一个一字型3×3单模光纤耦合器和两个2×2单模光纤耦合器组成双“8”字型作为输入耦合器,而一个品字型3×3单模光纤耦合器作为输出耦合器.理论和实验分析了该波长交错器的输出特性,结果表明:与两级级联马赫-曾德尔干涉仪型(TCMZI)全光纤三端口Interleaver相比,其输出波形通带更加平坦,通带和阻带加宽,信道间功率旁瓣降低了约24 dB.通过实验用光纤熔融拉锥法制作了该器件,结果显示实验结果与理论分析吻合得很好,实验样品的信道间旁瓣值小于-30 dB,信道隔离度大于30 dB.     

非平衡光纤干涉仪臂差精确测量方法研究

为实现对光纤干涉仪臂差的精确测量,提出了一种采用基于F-P调谐滤波技术的光纤光栅解调系统来精确测量光纤干涉仪臂长差的方法.简要介绍了F-P调谐滤渡法的渡长解调原理,通过分析非平衡迈克尔逊干涉仪的工作原理,指出了输出干涉谱与臂差之间的关系,进而分析了光纤光栅解调仪对干涉仪臂差进行精确测量原理.实验表明该方法可以实现对干涉...     

一种梯形干涉链可调谐光滤波器的设计与研究

结合Mach-Zehnder干涉原理和多模干涉(MMI)耦合器的散射矩阵,从理论上推导出梯形干涉链可调谐光滤波器(LTOF)输出光场的表达式,采用优化算法搜索出不同级联级数下MMI耦合器的最佳分光比,并分析了衍射阶数和电极长度对LTOF调谐输出性能的制约关系。结果表明,对应最大峰值功率,存在随级联级数增加而增大的最佳分光比;增加级联级数会导致峰值功率和3 dB带宽减小,峰值隔离度增大;电极长度为原电极的1.4倍时,可实现LTOF连续双向宽调谐的功能。通过比较,验证了理论模型及分析方法的正确性。     

双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度特性

对适用于温度传感的双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪进行了研究,并通过将一根单模双芯光纤熔接在两根单模光纤之间,制得了双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪型梳状滤波器.用干涉原理分别分析了该器件传输谱的自由空间谱宽与波长、双芯光纤的长度和两纤芯间的有效折射率差的关系,实验检测了它的温度特性.结果显示,随着温度的升高,该器件的传输谱发生红...     

非对称马赫-曾德尔干涉仪型不等带宽光学梳状滤波器

为提高光交错复用器系统带宽的有效利用率,满足系统中不同传输速率对带宽的要求,针对信道间隔为50 GHz的输入信号提出了新的非对称MZI型不等带宽光学梳状滤波器,研究了该系统的输出谱和制作方法。基于光纤传输理论分析了设计构成,给出了输出谱表达式及设计中所需要的实验参量。当滤波器的两对光纤干涉臂长度差相等,各耦合器的耦合系数选取适当时,该器件实现了奇偶信道上不等带宽输出,可分别用于10 Gb/s和40 Gb/s传输,信道间隔为0.8 nm,信道隔离度25 dB;分析还发现该器件对3个耦合器的耦合参数不敏感。实验表明:该器件不仅能实现不等带宽输出功能,在实际制作过程中还由于器件对耦合器的耦合参数要求不是十分严格而降低了器件实际制作难度,因此具有实用价值。     

光纤光栅波长干涉解调技术的研究

波长解调技术和装置是光纤光栅传感器的一个主要问题.因此,如何低成本高精度地将波长移动信号解调出来成为光纤光栅传感器实用化的关键技术之一.本文提出一种用2×2和3×3耦合器构成M-Z干涉仪作为光纤光栅的波长解调器,并对此进行了相关的理论分析和实验研究.实验结果与理论分析相符合.     

纤芯失配的光纤Mach-Zehnder折射率传感器

基于Mach-Zehnder干涉仪原理,利用光纤错位熔接技术设计并制作了一种单模光纤-多模光纤-单模光纤-错位熔接点-单模光纤结构的液体折射率传感器。传感器中的多模光纤和错位连接部分充当光耦合器;多模光纤在后面的单模光纤的纤芯和包层中激发出纤芯模和包层模,不同的模式有不同的模式折射率,经中间单模光纤传输到错位熔接点处时,不同模式光之间将产生光程差,经错位熔接点耦合成为导出光纤的纤芯模从而产生干涉。对该传感器输出的干涉光谱中干涉谷功率随外界溶液折射率变化的规律进行了理论分析和实验研究。结果表明：溶液折射率变化为1.358 9~1.392 2时,干涉谱中1 530 nm附近的干涉谷光功率与溶液折射率呈单调递增关系,可用于折射率的测量;折射率变化为1.372 0~1.392 2时,传感器响应曲线具有很好的线性度,线性拟合系数为0.998,对应的灵敏度为252.06 dB/RIU。该传感器制作简单、结构紧凑、成本低、灵敏度高,可用于生物医学领域液体折射率的实时测量。     

基于单模光纤耦合器的Haar小波滤波器系数的实现

给出了光波导式小波滤波器的设计方案,该方案采用单模光纤耦合器作为系数实现载体,通过控制特性参数实现了具有不同分光比的耦合器基本单元,然后组合和级联基本单元实现特定的小波滤波器系数,具有精确度高,集成度好,稳定性强的优势。分析了与系数实现相关的熔锥型单模光纤耦合器的形状特性,横截面沿纵向变化的锥形区和横截面近似不变的耦合区内的耦合特性,根据理论推导,用仿真手段设计3 dB单模光纤耦合器,实现了Haar小波的滤波器系数,误差在3%以内,证明了光波导式小波滤波器设计方案的正确性和有效性。     

基于双微环结构的MZI型波长交错滤波器

为了改善全光纤马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer,MZI)的传输特性,提出了一种基于双微环辅助型的MZI交叉复用器。根据其结构,利用信号流图推导出了该器件的输出表达式,并进行了数值模拟分析,得到了传输过程中的最佳结构参数。此外,还分析了耦合器耦合系数及传输损耗对该器件的影响。结果表明,改进后的MZI交叉复用器输出谱线更加接近方波,其25 dB截止带带宽和0.5 dB通透带带宽明显改善,其值分别为41.2 GHz和18.9 GHz。器件具有一定的抗偏差能力且传输损耗对滤波器消光特性的影响较小。     

A quasioptical directional coupler on diffraction-coupled transmission lines

A circuit and principle of operation of directional couplers based on diffraction-coupled transmission lines, the emitting apertures of which are formed from periodic structures and dielectric waveguides, are described. The experimental studies of the coupler prototype in a 30- to 37-GHz band have shown that the coupling on spatial waves allows one to obtain transient attenuation values in a 3- to 20-dB interval at a ～30-dB directivity, this being roughly in conformity with similar characteristics of a coupler on dielectric waveguides. The main advantage of the described directional coupler is that it is possible to correct its characteristics over wide ranges by changing the distance between the emitting apertures.     

永磁涡流耦合传动特性研究

永磁涡流耦合传动技术采用非接触传动方式,能实现较软的传动特性,应用在一些特殊场合有非常好的效果。永磁涡流耦合器采用永磁涡流耦合传动技术,具有节能、过载保护、允许较大的对中误差、结构简单、使用寿命长等优点。为实现永磁涡流耦合传动特性研究,针对油田应用设计永磁涡流耦合器。对耦合驱动原理进行理论分析,建立永磁涡流耦合的数学模型;利用Ansoft仿真软件建立三维有限元模型,对耦合器的传动特性进行仿真研究,得到传递转矩与间隙、转速差之间的对应关系,随着间隙的减小,转速差的增大,耦合器传递转矩增加;建立耦合器传动试验平台,对样机进行试验研究,验证有限元仿真可以作为耦合器传动特性的研究方法,同时从试验结果曲线上确定耦合器合理的工作区间,在此工作区间内,耦合器具有高效率和较高的启动转矩,能够缓冲负载波动,传动性能良好。     

Investigation of in-train stability and safety assessment for railway vehicles during braking

In-train stability of railway vehicles has becoming a major concern for railway vehicles, which refers to the jackknifing behavior of couplers under large in-train forces. For the train to train rescue scenario, braking induced impacts from couplers can adversely affect the dynamic performance of the coupled train. It is indicated from field tests that in-train forces if combined with large rotational angles of couplers can produce vertical components, which will further lead to the interference of adjacent carbodies and structural damages. In this paper, the dynamic model of the train and coupler system is developed. The model verifications are conducted by comparing the calculated responses with the tested results. The safety indices are formulated on the basis of which the running safety of the coupled train is evaluated. The propelling test in the laboratory is conducted to reproduce the coupler jackknifing behavior. The quasi-static analysis and anti-jackknifing mechanism under compressing in-train forces are analysed. Parametric studies are then conducted to propose some limitations for the application of train to train rescue. It is indicated from numerical and testing results that the decrease of the braking deceleration or a limitation of the free rotational angle of couplers is beneficial to lower the amplitude of braking induced impacts.     

基于Sagnac的分布式光纤传感声学传感器

介绍了一种基于Sagnac的分布式光纤声学传感器. 这种声学传感器通过光电探测器、 数据采集卡、 滤波器和音频放大将3×3耦合器处干涉的光信号转换为电信号且实现音频信号的还原. 为了研究此分布式光纤声学传感器的性能, 分析了基于零频点实验声源扰动定位的原理, 并运用快速傅立叶变换将时域信号转化为频域信号显示声源扰动产生的零频点. 实验结果表明, 基于Sagnac的分布式光纤声学传感系统可以很好地实现声音信号的还原和定位.     

针对 3×3 耦合器幅相非对称的光纤水听器解调方法

基于3×3耦合器法的光纤水听器解调容易受耦合器分光比非理想对称特性影响,导致水听器解调结果及测量信号不准确。为解决实际中3×3耦合器普遍存在的幅度、相位非对称引入的解调偏差问题,提出基于微分交叉相乘的干涉信号幅度和相位修正解调方法。通过对三路非对称干涉信号进行两两最小二乘椭圆拟合,得到干涉信号的实际幅度和相位参数,经去直流、归一化消除幅度不对称,并将所得包含非对称相位信息的信号两两微分交叉相乘,经三角函数变换解算信号相位及其修正系数,从而实现对光纤水听器输出信号的准确解调。仿真对比了本文方法和仅考虑幅度非对称情况的解调结果,并分析比较了两种处理方法随声信号频率、幅值变化的解调误差,前者得到接近理想信号波形的解调结果和更小的解调误差。依托消声水池开展了光纤水听器解调实验,在5～30 kHz频率范围对解调方法进行了对比验证,证明了本文解调方法的有效性和稳定性。