切趾函数光纤布拉格光栅的光谱特性研究

均匀光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)的反射谱存在旁瓣干扰,对波长解调过程会产生一定干扰,从而对传感测量结果造成一定误差。在FBG中引入切趾函数能够解决这一问题,有效抑制旁瓣。通过对切趾函数FBG耦合模理论的分析,获得了光栅参数变化对切趾FBG反射谱的作用情况。仿真实验结果表明,加入切趾函数会对FBG反射谱的旁瓣数量及大小起到明显抑制作用,反射率、中心波长、半高宽度及检测精度等反射谱特性的变化情况会受到光栅参数的影响。     

基于非切趾短FBG光栅的小信号测量方法

为解决基于图像传感器的FBG解调系统精细测量的问题,提出了使用非切趾FBG测量弱信号的方法。设计出了非切趾FBG反射谱近似模型,采用对数放大的方法提高非切趾FBG的旁瓣,在较宽的光栅频谱范围内,进行光谱相关解调并给出解调算法。基于蒙特卡洛方法对非切趾光栅测量仿真,并搭建实验系统对非切趾FBG、宽带高斯光栅进行对比测量实验。研究结果表明,基于非切趾FBG的弱信号测量方法可有效提高波长测量精度,通过相关解调,可使测量精度达到宽带光栅的2倍。     

用于色散补偿的线性啁啾光纤光栅的最佳切趾包络函数的研究

具有切践包络的的线性啁啾光纤光栅是用于色散补偿的重要源器件。通过切趾的方法可以减少啁啾光纤光栅内的时延振荡,同时减小反射谱中的瓣。用数值方法分析了不同切趾包络函数对光栅特性的影响,得到了色散补偿最佳包络函数及其参数,给出了最佳包络的普遍特征。     

光纤光栅特性分析

本文介绍了由传输矩阵计算光纤光栅特性的方法,并应用该方法分析了不同切趾形式的Bragg光纤光栅反射谱,变周期光纤光栅的反射谱和色散特性,相移光栅以及取样光栅的反射谱。得出了光栅参量对其特性的影响规律,并用实验验证了切趾光栅、取样光栅的理论分析。     

相移长周期光纤光栅的透射谱特性及其切趾优化

应用耦合模理论和传输矩阵法计算模拟了均匀长周期光纤光栅的透射谱，采用不同的切趾函数对其进行了切趾优化，通过比较得出了最佳的切趾函数。分析了引入多个丌相移的相移长周期光纤光栅的透射谱结构，发现其具有一个通带、两个阻带的滤波特性。着重分析了相移个数，引入位置等参数对谱结构的影响。除运用传统的高斯函数折射率切趾方法对透射谱进行优化外，尝试了一种新型的长度切趾方法，达到了较好的优化效果。该方法的易实现性为切趾相移长周期光纤光栅的实际制作带来了方便。     

啁啾光纤光栅的传输特性与切趾变迹研究

从麦克斯韦电磁理论导出的耦合模方程出发,应用研究非均匀光纤光栅的传输矩阵法数值研究了啁啾光栅前向波的能量传输、反射谱和时延特性,进而分析比较光纤光栅切趾变迹对反射和时延的影响以及在色散管理方面的应用.通过研究找出了一种余弦切趾函数的光纤光栅,从其特性分析可知这种变迹可以应用在波分复用/解复用、多通道的色散补偿、多通道滤波器等方面.     

不同切趾比例下啁啾光纤光栅的特性研究

对称切趾啁啾光纤光栅能够抑制反射旁瓣、平滑群时延曲线,但反射谱带宽利用率低.与对称切趾相比,非对称切趾光栅在保持群时延曲线基本不变的前提下,反射谱3 dB带宽提高了64.08%,同时群时延纹波振荡也得到了一定的抑制.利用升余弦函数对光栅的长波长端和短波长端进行了不同比例的切趾仿真,发现长波长端30%切趾、短波长端20%切趾能够有效地提高光栅的反射带宽,同时可将群时延纹波压低在±2 ps之内.     

正方形PCF的模式特性及其光栅反射谱特性

利用有限元法分析了包层结构为圆形空气孔呈正方形对称排列的光子晶体光纤(PCF)的有效传输模式,并仿真解析出各波长下有效传输模的有效折射率及变化规律。结合模耦合理论和传输矩阵法,对基于PCF的Bragg光栅(PCFBG)的反射谱特性进行了仿真和分析,并对比了PCF包层不同占空比下的PCFBG反射谱。选择高斯函数对各反射谱进行切趾优化。理论计算和仿真结果证明,各模式有效折射率随着波长的增加而近似线性降低,不同占空比的PCFBG反射谱之间的差异较为明显。在此基础上,可进一步研究正方形包层结构的PCFBG的调谐特性,并应用于可调谐的多通道OADM。     

采用高斯波形近似的干涉型光纤光栅法布里-珀罗传感系统的可见度分析

两光纤布拉格光栅(FBG)的光谱失配会使其构成的光纤法布里-珀罗(FFP)传感系统的干涉条纹可见度降低,从而影响探测性能。基于弱反射率FBG反射谱的高斯波形近似,推导了光谱失配引起的可见度变化表示式。实验测量了干涉型FFP传感系统的可见度曲线,对理论分析进行了验证。研究表明,反射谱旁瓣对光谱失配引起的可见度变化有重要影响。从光谱匹配的角度,采用高斯切趾光栅的FFP传感系统优于普通均匀光栅的系统。     

光纤Bragg光栅滤波响应的轴向分布特性研究

为揭示光纤Bragg光栅（FBG）的局部滤波特征,研究和分析了滤波响应沿光栅轴向的空间分布规律。从均匀、切趾和啁啾型等基本光纤Bragg光栅（FBG）类型出发,分析了反射带滤波光场沿轴向的分布规律。结果表明,均匀型FBG中,光场反射多集中在前1/2个光栅长度内,呈现非对称性;切趾型FBG中,光场反射在光栅长度内的均匀性...     

粗芯光纤光栅的光谱特性研究

光纤光栅具有插入损耗小,波长选择性好,易于调谐,使用灵活等优点,成为光纤激光器首选谐振器件.为了适应高功率光纤激光器的发展需求,在粗芯光纤上直接刻制光纤光栅用作谐振器件成了新的研究方向.首先对粗芯光纤光栅中的模式耦合进行理论分析,然后在粗芯光纤上制作了光纤光栅.通过试验发现,改变粗芯光纤的模式激发方式可获得不同的光栅光谱.     

Study on local temperature characteristics of fiber Bragg gratings

The characteristics of fiber Bragg gratings(FBG) at local temperature are investigated based on the transfer matrix method.The reflective spectrum model of the FBG at local temperature is analyzed by theoretics and simulations.The results show that when a small section of the FBG is affected by the temperature variation,the reflective spectrum splits into two main peaks.The wavelength of the splitting point shifts linearly and periodically with the local temperature on the FBG.An experiment is a...     

LD泵浦不同腔结构高效运转掺铥光纤激光器

研究了掺铥光纤激光器的不同谐振腔结构方式。使用LD泵浦,分别采用双色镜和端面反射、高反光纤光栅和端面反射以及双色镜和低反光纤光栅构成激光器谐振腔,均获得了超过Stokes极限的斜效率。其中双色镜和端面反射腔结构下获得了最高斜效率56.9%,对应的量子效率为142%。三种腔结构下,激光光谱线宽由激光器系统所采用的反射腔的光谱特性所决定。在双色镜和端面反射腔结构下,激光器在双色镜的高反带宽内随机起振,光谱较宽;在使用光纤布拉格光栅作为激光器谐振腔的高反射腔镜和低反射腔镜的情况下,激光器都获得了2 m处的窄线宽输出,线宽受限于所使用的光纤光栅的反射带宽。     

双光纤Bragg光栅反射谱叠加特性分析

在理论分析了光纤Bragg光栅传感器的温度应变交叉敏感机制的基础上,给出了一种双光纤光栅温度补偿型应变测量传感器结构,并分析了其工作原理.对此传感器的双光纤光栅测量探头存在的反射谱叠加问题进行了较为详细的讨论,指出在光纤光栅反射谱带宽内叠加将产生反射谱畸变,降低测量系统的分辨率,同时提出了解决方法.     

一种低成本FBG高温传感器的研究

采用相位掩模法,利用紫外光在载氢普通掺锗单模石英光纤中制作出光纤布拉格光栅(FBG)。同时,将反射率为17dB的光栅FBG1和反射率为41dB的光栅FBG2置于30～1000℃的高温炉内进行温度特性比较实验。在30～870℃范围内FBG1和FBG2两者中心波长随温度的变化趋势一致,且两个光栅反射波长都在870℃时消失,当温度继续升高到900℃时,仅有FBG2再次出现反射率为1dB的反射峰。对经过高温处理后的FBG2再次进行30～1000℃温度测量实验,温度灵敏度为0.02nm/℃,线性度为0.999。实验结果表明,对于具有高反射率的FBG进行高温热处理后,其可以在30～1000℃的温度范围内进行传感测量,且中心波长随温度变化呈良好的线性关系。利用该方法可以制作出低成本的可用于高温环境测量的FBG温度传感器。     

FBG反射谱展宽效应在轨道传感器中的应用研究

实验验证了光纤Bragg光栅(FBG)在非均匀应力下的反射谱展宽效应,并将这种展宽效应应用于轨道列车轮重、位置和轴数的监测。将FBG传感器置于铁轨特定位置,当受非均匀应力时,列车轮重的增加会引起FBG反射谱展宽,反映为检测光强增大。利用模型验证了FBG反射谱分别在温度、均匀应力及非均匀应力下的变化,根据有限元分析模拟铁轨模型的应变分布,进而通过模型实验和实际测试验证了这种方案的可行性。     

温度影响光纤光栅传感器性能蜕化机理及实验研究

结构健康监测中,光纤布拉格光栅(FBG)传感器性能蜕化将会严重影响整个监测系统的稳定性和准确性。而高温、高压等恶劣条件,均可能导致FBG传感器性能蜕化。基于光纤光栅传感器温度传感原理,分析了温度引起光纤光栅传感器性能蜕化的机理,并通过软件仿真和相应温度循环实验,分别考察了温度对不同FBG传感器性能蜕化的影响。实验结果表明,温度对FBG传感器性能蜕化的影响与FBG传感器自身质量参数有关。对于普通FBG传感器,随着温度循环次数增加,反射光谱峰值逐渐降低;而对于刻写完成后,光纤中仍含有少量氢分子的FBG传感器,随着温度循环次数增加,反射光谱不仅峰值逐渐降低,而且中心波长逐渐发生蓝移。     

基于弯曲压杆的光纤光栅可调谐线性啁啾化

提出利用镍钛合金压杆弯曲应变引入到光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)实现无中心波长漂移可调谐线性啁啾化方法并进行了实验验证。设计一种镍钛合金压杆结构,理论计算并有限元分析验证了应变分布情况。将光纤光栅粘贴在镍钛合金压杆上,弯曲压杆将线性拉伸与压缩应变引入到栅区,利用光谱仪记录反射谱。实验结果表明,当压杆移动距离达到12.5 mm时,反射谱带宽增大到1.57 nm,中心波长漂移量仅为0.11 nm。利用光纤光栅啁啾化理论,结合传输矩阵法和龙格库塔法实现啁啾光纤光栅光谱重构。实验结果与仿真结果吻合。该方法制作的啁啾光栅可以实现带宽可调谐且基本无中心波长漂移,在光纤传输和传感领域均具有一定的应用前景。     

改变光栅折射率实现双波长采样光栅的方法

提出了一种新的基于采样光纤布拉格光栅(FBG)的双峰(DW)滤波器实现方法。通过改变采样之间的直流折射率,在FBG中引入相移;利用占空比为1的余弦函数采样,抑制除±1级以外的所有波长通道。该设计制作方法具有波长设计灵活、制作精度要求低与成本低的优点。对均匀直流相移光栅、采样直流相移光栅与传统离散相移光栅进行了比较与实验制作,结果与理论相吻合。实现了波长间隔为0.08 nm的DW滤波器,证明了该方法的可行性。