掺镱双包层光纤激光器多波长输出性能分析

从理论上分析了由F-P滤波器实现的多波长双包层光纤激光器(DCFL)的边界条件和输出功率,在考虑了F-P滤波器中双色镜反射率的波长依赖关系的前提下,对影响多波长输出功率和消光比的参数如双色镜和光纤出光端面的反射率、抽运功率等进行了研究。结果表明,光纤出光端面的反射率存在一个最佳值,再配合适当的双色镜反射率,能使多波长输出的功率和消光比达到很好的均衡。适当增大抽运功率也能优化多波长输出功率和消光比。通过控制F-P滤波器的腔长,能够调节多波长输出的数目。     

光纤端面反射率对光纤光栅外腔半导体激光器的输出影响

为了实现光纤光栅外腔半导体激光器良好的单纵模输出,通过加入空气间隙区改进了基于射线法的光纤光栅外腔半导体激光器理论模型,并结合稳态速率方程研究了小注入情况下,光纤端面反射率对激光器输出特性的影响。仿真结果表明,在光纤端面反射率与光栅反射率可比拟的情况下,减小光纤端面反射率,可增大主模与其他波长模式的损耗差异,加强光纤光栅的选模作用,更好的实现单纵模输出,但同时也会增大激光器的阈值电流。     

基于光纤F-P滤波器的全光纤水汽拉曼激光雷达系统的设计与分析

提出并设计了一套基于光纤F-P滤波器的可见波长域全光纤水汽拉曼激光雷达系统,实现对大气水汽和气溶胶的精细探测。讨论了光纤F-P腔内损耗和腔镜反射率对F-P透射谱的细度、峰值透过率以及带宽的影响,得到腔内损耗在小于3%的情况下,光纤F-P滤波器具有较高的峰值透过率（>0.5）和较窄的谱线带宽(<0.9nm)。通过结合光纤带通滤波器和二级级联光纤F-P滤波器的参数设计,在三个独立的光通道中分别实现水汽拉曼信号（660nm）、氮气拉曼信号(606nm)和米瑞利信号(532nm)的窄带宽、高透过率严格滤波,并获得对杂散光的高抑制率。通过系统仿真,对各散射信号强度分布、水汽廓线和探测信噪比进行了数值仿真计算,验证了系统方案的可行性。     

高功率光纤放大器中光纤端面处理分析

光纤端而进行斜而抛光一直是高功率光纤放大器中抑制ASE和自激振荡的关键技术.根据放大器结构建立了光纤端面信号光注入、信号激光输出以及泵浦光耦合的物理模型,数值模拟了不同光纤斜端面角度下信号光、泵浦光的耦合效率,纤芯端而的回波损耗.结果表明信号光注入端而斜面处理会导致耦合效率降低,输出端面斜角处理可有效减小端面反射率,而微小斜角对泵浦激光进入光纤内包层的耦合效率影响不大;根据不同的光纤参数选择合理的斜角处理可以有效提高放大器性能.     

光纤Fabry-Perot超声传感系统设计与应用

设计一非本征光纤Fabry-Perot(F-P)干涉腔,采用优化方法确定干涉腔长度和两路输出光波长.建立基于双波长稳定技术的低细度光纤F-P传感系统,进行激光超声信号的检测.实验结果表明,该传感器检测微位移时灵敏度较高,达到0.468°/nm;可以有效检测试样中激发出的超声信号,在降低成本的情况下频响达到1.4 MHz.     

化学腐蚀法制备的光纤Fabry-Perot位移传感器

提出了一种采用化学腐蚀方法制备光纤Fabry-Perot(F-P)位移传感器的方法。采用浓度为40%的氢氟酸溶液腐蚀处理单模光纤端面,通过电弧放电对光纤端面进行熔接,制作光纤F-P传感器,并通过改变传感腔尾纤的粗糙度对其进行优化。实验中,将制备好的F-P腔结构的尾纤端面做未切平和切平处理,得到的条纹对比度分别为16和8dB。分别对两种情况的光纤F-P传感器的位移特性进行了实验和分析,结果表明:采用化学腐蚀法制作的光纤F-P传感器对位移具有良好的灵敏度和线性拟合优度,尾纤端未切平的F-P的线性拟合优度更好,测量精确度更高,灵敏度可达到0.010 0nm/μm,线性拟合优度为0.999 3。     

基于光纤光栅F-P腔的一种新颖传感系统的理论研究

在对光纤光栅F-P腔的反射光谱特性进行理论分析的基础上,提出了一种基于弱反射率、长腔长光纤光栅F-P腔的新颖的传感系统,分析了两种适用于该系统的有效解调方法。讨论了系统参数对传感器性能的影响和系统的优化设计原则。理论研究表明,这种新颖的传感系统可实现温度的精确测量,具有很高的可靠性。     

采用化学腐蚀法制备光纤Fabry-Perot应变传感器

提出了一种采用化学腐蚀方法制备光纤Fabry-Perot(F-P)传感器的方法,采用浓度为40%的氢氟酸溶液对单模光纤端面进行腐蚀处理,并通过电弧放电对光纤端面进行熔接,制作光纤F-P传感器。实验中,将单模光纤端面在40%浓度的氢氟酸中腐蚀20 min制作出深度21 μm的凹槽,并将该腐蚀过的光纤和端面切平的单模光纤相对熔接,通过电弧放电进行熔接构成F-P腔结构,条纹对比度为8 dB;对制备的光纤F-P传感器的应变特性及温度特性进行了实验和分析,结果表明采用化学腐蚀法制作的光纤F-P传感器对应变具有良好的灵敏度,加载灵敏度可达到3.78 pm/με,线性度为0.999;卸载灵敏度为-4.25 pm/με,线性度为0.985。     

采用液体腔的全光纤Fabry-Perot结构温度传感特性研究

提出并设计了一种基于液体腔结构的全光纤Fabry-Perot(F-P)传感器,对F-P传感器原理进行了研究。采用内径为0.3 mm的玻璃毛细管作为套管,将两根SMF-28单模光纤插入套管构成F-P结构,并通过在腔内填充液体进一步提高传感器的灵敏度。实验中,以空气及纯净水作为腔内介质,分别制备了光纤端面距离为119μm和123μm,反射谱周期以及条纹对比度分别为15.15 nm、14.13 nm和11.17 dBm、11.83 dBm。实验中对所制备的两种F-P传感器分别进行了温度特性的测试,在20℃的范围内,每间隔2℃对反射光谱进行采集。对于空气腔结构F-P传感器,随着温度逐渐升高,波长发生红移,特征波谷波长漂移量为2.39 nm,温度灵敏度为121 pm/℃,线性度为0.94,最大功率漂移为1.17 dBm;对于液体腔结构F-P传感器,随着温度逐渐升高,波长发生红移,特征波谷漂移量为5.31 nm,温度灵敏度为243 pm/℃,线性度为0.98,最大功率漂移量为4.07 dBm。     

液晶填充F-P腔高精度温度传感器的研究

利用光纤光栅反射波长和液晶折射率的温度敏感特性,在两光纤光栅构成的F-P腔中填充向列相液晶,形成液晶填充的光纤光栅F-P腔温度传感器.用耦合模理论得到了这种传感器的反射率和反射谱线带宽与温度的关系式,数值计算了反射光谱随温度的变化.结果表明当温度升高时,传感器的反射率和反射谱的形状将发生变化,反射谱向长波长方向发生整体缓慢平移,反射谱带宽增大,谐振谱线数增加.越接近液晶相变点上述变化越明显.这种温度传感器克服了传统光纤光栅传感器中温度应力的交叉敏感影响,可用于温度的高精度监测.     

利用光纤环镜进行优化的掺镱光纤激光器

提出了利用光纤环形镜和高反射率光纤光栅做腔镜的F P腔掺镱光纤激光器的优化设计结构。光纤环形镜的宽带反射特性使抽运光能够充分被介质吸收 ,提高激光器的转化效率 ;其反射率可调特性容易得到最佳耦合输出比 ,当光纤长度改变时 ,不必更换输出腔镜就可以得到最佳功率输出。光纤长度 7m ,抽运功率 5 1mW时 ,激光器输出功率为 5 6 5mW ,斜率效率为 19%。与其他结构光纤激光器相比 ,这种优化结构效率更高     

共焦法布里-珀罗干涉显微测头光学特性分析

根据纳米计量分辨力的要求,设计一套共焦法布里-珀罗(F-P)干涉显微测头。系统光源采用保偏光纤直接导入,从F-P腔外入射。光路设计成便于减小光学共模噪音的差动形式。通过建立模型分析系统光学特性,得出反射平板的最佳反射率以及共焦结构对干涉条纹的影响。实验验证表明反射平板反射率为40%时可以使系统得到对比度高,信噪比好的干涉条纹;针孔光阑可以方便寻找测量透镜的焦点和减小杂散光的噪音;系统轴向分辨力达到0.2nm。     

A coupled optoelectronic oscillator with three resonant cavities

A new single-mode optoelectronic oscillator (OEO) with three coupled cavities is proposed and demonstrated. A Fabry-Perot (F-P) cavity fiber laser and an optical-electrical feedback branch are coupled together to construct an optoelectronic oscillator, where the F-P cavity fiber laser serves as a light source, and a modulator is placed in the laser cavity to implement reciprocating modulation, which simultaneously splits the laser cavity into two parts and forms a dual-loop configuration. To complete an optoelectronic oscillator, part of optical signal is output from the F-P cavity to implement the feedback modulation, which constructs the third cavity. Since only the oscillation signal satisfies the requirements of all the three cavities, a single-mode oscillation can be finally achieved. Three resonant cavities are successfully designed without adding more optoelectronic devices, and the side-modes can be well suppressed with low cost. The oscillation condition is theoretically analyzed. In the experimental demonstration, a 20 GHz single longitudinal mode microwave signal is successfully obtained.     

采用F-P光纤环滤波器的窄线宽环形腔光纤激光器

提出了一种采用F-P光纤环滤波器的窄线宽环形腔激光器,该激光器采用环形腔结构,两个耦合比为30:70的耦合器和一段2 m长的未泵浦掺铒光纤构成F-P光纤环滤波器,F-P光纤环滤波器产生的梳状谱,可以增大激光模式之间的自由光谱范围（FSR）,在一定程度上减小跳模现象的发生,有利于模式的稳定。研究表明,通过对掺铒光纤的优化和耦合器的选择可以提高F-P光纤环滤波器的精细度,而F-P光纤环中的未泵浦掺铒光纤起到饱和吸收体的作用,使输出激光的线宽得到有效压缩。将保偏光纤光栅和F-P光纤环滤波器共同应用于环形腔掺铒光纤激光器,在室温下得到了3 dB线宽均小于0.07 nm（实验室光谱仪最小分辨率）的窄线宽双波长输出。在2 h的观测时间内,最大峰值功率波动小于0.4 dB,具有良好的稳定性。     

光纤Bragg光栅F-P腔长测量的理论与实验研究

通过对FBG和光纤Bragg光栅F-P腔(FBG-FP)的光语特性分析,得出了低反射率的FBGFP腔反射谱的双光束千涉近似表达式.在此基础上,讨论了拟合法、周期法和傅里叶变换3种FBGFP腔长测量方法.最后,对实测光纤FBGFP腔的反射谱进行了分析,3种方法得到了相互验证,腔长测量精度达0.1mm量级.     

光纤弯曲对掺镱光纤激光器光束质量的影响

通过改变F-P腔全光纤激光器中的光纤盘绕半径,对输出激光光束质量进行了研究.搭建了百瓦级全光纤激光器.最大泵浦功率为436 W的条件下,获得了300 W波长1 080 nm的激光输出.光束质量M2=1.13.光-光转换效率为69%.理论分析并计算了20/400 m大模场面积双包层光纤中的两种导波模式LP01模和LP11模沿光纤径向的功率分布和弯曲损耗;利用光纤弯曲选模方法,实验上探究了光纤弯曲半径对输出激光模式及光束质量的影响.实验发现,通过光纤弯曲方式可以有效地消除高阶模式,再经过包层光剥除可以获得更好的光束质量M2=1.06.     

单频单偏振窄线宽光纤激光器及其放大研究

为了获得高功率单频单偏振窄线宽激光,对一个带单级放大结构的环形腔结构掺铒光纤激光器系统进行了研究。采用作为可饱和吸收体的未抽运掺铒光纤结合作为波长选择器的高反射率光纤布喇格光栅形成超窄带滤波器,在环形腔内加入光纤偏振控制器和具有高消光比的保偏环行器获得单偏振光。环形腔输出后进行单级光放大以提高输出激光光功率。获得了206mW激光输出,输出功率长时间稳定度达到1.4%。通过光纤延迟自外差线宽测试系统得到输出激光线宽小于500Hz,光纤激光器输出光偏振度长时间稳定在99.7%。结果表明,非保偏可饱和吸收体加光纤布喇格光栅结合部分保偏结构可产生单频单偏振窄线宽激光,激光放大对线宽有明显的展宽效果。     

基于石墨烯薄膜的光纤微压传感器的设计

以新型的石墨烯材料为压力敏感膜,设计了一种基于法布里-珀罗干涉的光纤微压传感器。利用薄膜光学理论,分析了不同层数石墨烯膜的反射率特性。仿真结果表明,增加层数可以提高石墨烯膜的反射率。根据光传输矩阵的理论,研究并模拟了法珀腔的几何参数对反射信号的影响。通过分析对比几种大挠度圆膜应变的理论,建立了石墨烯薄膜的压力敏感特性模型,并利用ANSYS静态力学非线性对模型的挠度形变特性进行有限元仿真,验证了模型的准确性,为设计制作基于石墨烯薄膜的光纤微压传感器提供了理论基础。     

基于动态法布里-珀罗腔的光纤光栅温度传感

提出一种动态非本征法布里-珀罗(F-P)腔对波长的解调方法。利用压电陶瓷(PZT)构建的动态非本征F-P腔调制光纤布拉格光栅(FBG)反射光,理论分析得到调制光强随F-P腔的腔长改变呈类余弦变化。经数值模拟,当PZT在正弦电压驱动下,F-P腔调制输出的类余弦信号因FBG波长的变化产生了信号曲线的位移,且位移量与FBG波长的变化量呈线性关系,此关系可用于FBG波长的解调。通过动态F-P腔与光纤光栅构建的温度测量实验系统,对不同温度下的液体进行实验测试,在35℃～80℃温度变化范围内验证了液体温度变化量与类余弦信号的位移量呈线性关系,其线性拟合度达99.5%。