新型保偏光纤温度特性的测试方法

保偏光纤(PMF)在相干光通信、光纤激光器、光纤传感、光纤陀螺中应用广泛,温度稳定性是其在实际应用中的一个十分关键的问题。理论和实验分析了保偏光纤上写入光栅的特性,特别是全面分析了其温度特性。结果表明,随温度升高,偏振反射峰的间隔缩小。利用保偏光纤光栅的这一特性研究了可以高精度、方便地获得保偏光纤温度特性的新方法。测试了保偏光纤-40~130℃的温度特性,实验结果与理论分析的结果一致。     

消偏型光纤陀螺偏振误差研究

提出了一种光纤陀螺(FOG)消偏结构,通过在光源输出端加保偏光纤(PMF)和在偏振器后加Loyt消偏器,计算返回到探测器的相干光的偏振误差,得出光源出射偏振光与PMF快(慢)轴夹角、PMF快(慢)轴与偏振器起偏方向夹角、偏振器起偏方向与消偏器第1段PMF快(慢)轴夹角以及消偏器2段PMF连接角等4个角的最优取值范围,代入实验测得光纤线圈传输矩阵参数,计算出偏振误差可以达到1.1×10-30/h,满足中高精度要求.     

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。     

高性能保偏光纤制备及关键应用特性研究

开发了一种高性能PMF(保偏光纤)的制造工艺,并制备出包层直径为80μm的细径高性能PMF。试验结果表明,该光纤具有优良的全温(-50～85℃)偏振串音性能,光纤全温偏振串音变化典型值为3.232dB,具有良好的抗弯曲性能和良好的端面研磨性。     

光纤陀螺正交磁漂移研究

提出了与陀螺敏感环平面垂直的正交磁场作用下保偏光纤(PMF)陀螺产生非互易相位差(NPD)的理论,建立了相应的数学模型,并对该模型进行仿真分析和实验验证。正交磁致非互易相位差源于光纤的弯曲,与光纤环的直径、光纤直径、光纤长度及正交磁场大小等参数密切相关。理论、仿真和实验结果表明,光纤环尾纤与集成光学元件(IOC)尾纤0°熔接的保偏光纤陀螺的正交磁漂移在一定范围内随机分布,而45°熔接的保偏光纤陀螺的正交磁漂移比较稳定,其正交磁漂移与正交磁场大小呈线性关系。     

干涉型光纤陀螺中磁光Faraday效应的研究

基于Jones矩阵法,采用以分段保偏光纤(PMF)级联模拟普通单模光纤(SMF)的模型得出的光纤环传输矩阵,对Faraday效应在干涉型光纤陀螺(IFOG)中的影响做了系统的分析,得出可定量分析IFOG由Faraday效应所引起的相位漂移的一般公式.利用此公式,以采用PMF的IFOG为例进行了仿真分析,结果表明,Faraday效应致相位漂移受光纤偏振主轴偏转影响显著.在一定偏转范围内,相位漂移随偏转呈指数增长关系.由此得出,在采用PMF制作IFOG时光纤环与IFOG芯片的熔接过程中对光纤旋转机构的精度要求.     

长波长细径保偏光纤的制作

通过介绍长波长熊猫型细径保偏光纤的制作工艺过程.分析细径保偏光纤制作的技术难点,初步解决了细径保偏光纤制作工艺中的问题,制作出了长波长熊猫型细径保偏光纤样品.所制作的保偏光纤在1550nm波长下损耗小于1dB/km,偏振串音达到近-28dB/km.     

采用分布式偏振串扰检测保偏光纤环质量的研究

提出将偏振串扰分析仪用于光纤陀螺(FOG)保偏光纤(PMF)环绕制在线检测、原料PMF质量检测、成品PMF环总体检测和热应力检测。通过对原料光纤检测,可以有效减少原料光纤固有缺陷对光纤环的影响。通过PMF环绕制在线检测,可以有效检测出光纤环在绕制中的缺陷、监控绕制张力、定位绕制光纤位置和改进绕制工艺等。通过光纤环热应力检测,可以了解骨架、光纤固化胶由于热应力作用对光纤环性能的影响。研究表明,分布式偏振串扰测量是大幅提高PMF环质量的一个有效手段。     

采用双Y型LiNbO_3集成光路的闭环光纤陀螺研究

集成化已成为研制中、高精度大动态范围光纤陀螺的一个必然途径。文中报道了一种采用光纤滤波/双Y型集成光路和全数字处理的闭环光纤陀螺,其中光纤滤波/双Y型多功能集成光路是采用退火质子交换法(APE)在铌酸锂衬底上制作而成的,它包含了光纤陀螺所需的除光纤线圈以外的无源光学器件的全部功能:两个分光/合光器(耦合器)、两个宽带相位调制器(推挽工作)和一个高消光比的偏振器,测试结果表明,陀螺零偏稳定性优于1°/h。该陀螺结构紧凑、动态范围大、精度适中、成本低,特别适合于战术级的应用     

陆用光纤陀螺寻北仪误差特性研究

针对陆用武器对高精度寻北定向的要求,本文以高精度光纤陀螺寻北仪为研究对象,基于光纤陀螺寻北仪误差模型和光纤陀螺的误差特性,从理论上对光纤陀螺寻北仪寻北误差进行了分析,提出寻北仪主要包括系统误差和器件误差两个方面的误差源,并分别对不同误差源引起的寻北误差进行推导,得到光纤陀螺寻北仪寻北精度主要受陀螺零偏漂移、安装误差和转台测角精度决定的结论。对光纤陀螺寻北仪各误差源引起的寻北误差进行仿真试验,试验证明了理论分析的正确性。     

单偏振光纤激光器的研究进展

单偏振光纤激光器已成功应用于光纤传感、光纤陀螺和相干通信等领域。在阐述了光纤激光器机理和偏振理论的基础上,综述了光纤激光器基于保偏光纤、偏振控制器以及光纤布拉格光栅（FBG）等技术实现单偏振输出的方法以及近年来的研究进展,并对其进行了对比分析,提出相应的改进方案。     

基于波长扫描调制法测量保偏光纤的偏振特性

分析了保偏光纤偏振特性及其拍长和偏振消光比的基本测量原理,并根据单模保偏光纤基模的2个正交偏振模分量HEx11与HEy11间的相位差与波长的关系,推导出偏振拍长的测量关系式,提出了测量保偏光纤偏振特性的波长扫描调制法.采用此方法对熊猫型保偏光纤(YOFC-3367WY)的偏振特性进行了验证性实验研究.拍长和偏振消光比的测量结果表明,在该保偏光纤工作波长处试验结果与理论分析相当一致,说明该方法具有简单易行、测量精度高的优点.     

Two-Dimensional Finite-Element Modal Analysis of Brillouin Gain Spectra in Optical Fibers

A modal analysis based on two-dimensional (2-D) finite-element method for the Brillouin gain spectra (BGS) in optical fibers is demonstrated. This method enables the evaluation of optical fibers with 2-D complicated geometry and/or refractive-index profile. The BGS of two fiber samples, a single-mode fiber and a PANDA polarization-maintaining fiber (PMF) of the same design except the stress-applying elements in the PMF, are calculated using this analysis and compared to each other. The BGS are also tested experimentally for confirmation     

保偏光纤定轴技术的仿真及实验分析

根据保偏光纤侧视成像定轴原理,应用光线追迹方法,分析了保偏光纤侧视成像定轴过程,模拟考察了熊猫型保偏光纤侧视成像的光强分布与偏振轴方位角及物平面位置的关系.对比仿真结果和实验观测结果,对五指型光强分布特征值判断法进行了改进.比较了透镜效应侧视成像的不同定轴方法,发现改进的五指型光强分布特征值判断法的特征值在90°位置附近具有更高的定轴精度,更易于实现保偏光纤偏振主轴的定位.这种方法适用于制作保偏光纤耦合器和保偏光纤偏振器时,在偏振主轴0°或90°方位角时的高精度定轴.     

抗恶劣环境的保偏光纤温度传感器

基于应力型保偏光纤传输常数差对温度的敏感性并利用偏光干涉技术,提出了一种反射型保偏光纤温度传感器并推导出传感方程。在传感器中采用宽谱光源抑制了输入/输出光纤中偏振耦合引起的误差,特性分析表明这种传感器实用、精度高并且配置灵活。实验结果与理论完全吻合,其噪声等效可探测温度精度达0.01℃。根据大型电力变压器的绕组温度监测要求,研制出一套远程多路温度传感器系统。采用特殊的涂覆和密封石英毛细管封装技术,保证光纤传感头能在热油及250℃的高温下工作,而且具有很高的绝缘性。检测结果表明传感器在0~200℃内,达到了±0.5℃测量精度。     

基于经验模态分解的光纤陀螺1/fγ类型分形噪声滤除方法

提出了一种可有效滤除输出信号中干扰信号的新的光纤陀螺信号降噪方法.中高精度光纤陀螺的随机噪声中包含了白噪声和具有长程相关性、自相似性及1/fγ型谱密度特点的一种非平稳随机噪声--1/fγ型分形噪声.利用传统的滤波方法无法有效去除该类分形噪声,而新方法以经验模态分解(EMD)和阈值降噪方法为核心,结合提升小波理论对光纤陀螺的输出信号进行软阈值滤波,进而提高光纤陀螺的精度.利用这种新方法对多组实测数据进行滤波仿真实验,结果中仅偏置稳定性一项性能指标就已表明,使用新滤波方法滤波后数据精度可提高一个数量级,而相较传统的小波滤波方法可提高2.5倍,故此验证了新方法的有效性.     

调制电压幅值及噪声对谐振式光纤陀螺零偏稳定性的影响研究

谐振环路背向散射噪声是谐振式光纤陀螺(resonator fiber optic gyroscope, RFOG)系统中的主要光学噪声之一。本文基于谐振环中背向散射噪声对陀螺输出误差影响的理论分析,对比不同调制波形和载波抑制路数的影响,得到最佳方案为三角波双路调制。基于该方案,建立陀螺零偏及零偏稳定性(bias stability, BS)误差与调制电压幅值及噪声关系的理论模型,结合直径0.1 m,光纤总长10 m,精细度24的陀螺参数,得到背向散射噪声导致的陀螺BS对调制电压变化范围与噪声幅值量化指标的需求,为特定精度的陀螺设计奠定误差分配和控制参数设计基础。     

热极化光纤中线性电光系数对调制频率的响应

热极化方法可在熔石英熊猫保偏光纤器件中产生线性电光效应,由此可制成热极化光纤器件.为获得热极化光纤器件的调制频率响应特性,进行了热极化保偏光纤的调制频率响应实验研究,并探讨了其机理.实验表明,已制成的热极化熊猫光纤,在其上所加调制频率小于1 kHz的范围内,会使极化产生的线性电光系数产生声频共振.当调制频率大于2 kHz后,电光效应基本不受调制频率的影响.机理分析表明,热极化使非晶态的熔石英光纤中形成了类晶体结构.极化光纤中产生的反压电效应会导致器件的线性电光系数产生声频共振.     

基于五指型光强分布的保偏光纤定轴方法

保偏光纤偏振主轴的精确定位是保偏光纤应用中的关键技术之一。文中在观察到保偏光纤侧视图像的光强分布呈五指型的实验基础上,提出了一种用于保偏光纤定轴的新方法,即五指型光强分布特征值判断法。实测表明,用于保偏光纤定轴时,在0°附近,与现有的其它定轴方法相比,五指型光强分布特征值判断法的特征更明显,提高了定轴的灵敏度。此新方法可用于制作保偏光纤器件时,在0°附近的高精度定轴。