基于光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉传感器

光子晶体光纤作为新一代光纤和传统光纤相比具有许多独特的优点,因此研究基于光子晶体光纤的传感器已成为光纤传感技术领域的一个热点。该文在国际上首次报道了系列基于光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉传感器,包括基于空芯光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉应变、温度传感器;基于实心单模光子晶体光纤的法布里-珀罗干涉温度、折射率传感器;基于飞秒和157nm激光器微加工制作的实心光子晶体光纤法布里-珀罗干涉高温应变传感器。这些新型光子晶体光纤干涉传感器具有对温度不敏感、精度高、可靠性好、耐恶劣环境等突出优点,可望在能源、交通、航天航空、生化等领域得到重要应用。     

基于有限元方法的光子晶体光纤特性分析

光子晶体光纤具有传统光纤所无法比拟的特性,是近几年光纤领域研究的一个新热点,分析它的传输特性越来越重要。从麦克斯韦方程出发,运用有限元方法研究全内反射光子晶体光纤的一些特性,在考虑纯石英材料自身色散的前提下计算光子晶体光纤模场分布,基模有效折射率,归一化频率等参数。结果表明,随着空气孔占空比的增加,模式折射率逐渐减小;合理设计光纤结构参数可以实现全波段内单模传输。在此基础上,设计了锥体光子晶体光纤,并给出其模场分布,为光子晶体光纤器件的设计提供了参考依据。     

一种基于光子晶体光纤的高灵敏度温度传感器

基于级联光子晶体光纤的Sagnac干涉仪,设计了一种高灵敏度温度传感器。将乙醇填入改变结构的光子晶体光纤,获得更好的温敏特性。使用全矢量有限元分析软件COMSOL Multiphysics对提出的六角形结构阵列光子晶体光纤进行仿真分析,研究了模场、模式折射率及双折射系数。模型实验结果表明:新型温度传感器在20～70℃温度范围内的灵敏度可达5.092 6 nm/℃。     

光子晶体光纤的色散特性分析

从麦克斯韦方程组出发,利用有限元方法,分析光子晶体光纤的色散特性。在考虑纯石英材料自身色散的前提下,计算光子晶体光纤的模场分布,基模有效折射率和色散系数等参数。结果表明,调节空气孔直径d和包层空气孔间距∧的大小,改变空气孔填充介质的折射率n,可以有效地控制光子晶体光纤的色散,为光子晶体光纤的设计和制造提供了理论依据。     

光子晶体光纤的色散特性分析

从麦克斯韦方程组出发,利用有限元方法,分析光子晶体光纤的色散特性。在考虑纯石英材料自身色散的前提下,计算光子晶体光纤的模场分布,基模有效折射率和色散系数等参数。结果表明,调节空气孔直径d和包层空气孔间距∧的大小,改变空气孔填充介质的折射率n,可以有效地控制光子晶体光纤的色散,为光子晶体光纤的设计和制造提供了理论依据。     

应力型大模面积光子晶体光纤的纤芯设计

通过施加完美匹配层,利用有限元法,研究热应力诱导的单偏振大模面积光子晶体光纤的偏振特性,计算纤芯参数对场能量分布系数和偏振损耗比的影响.结果表明,随着纤芯折射率提高,两正交偏振模的损耗比下降,当纤芯直径减小时,场能量分布系数降低.     

微结构光纤光栅的制作及应用

研究实芯光子晶体光纤和空气芯光子带隙光纤光栅的制作方法及应用.在实芯光子晶体光纤中写入长周期光纤光栅,并用其研制高灵敏度应变传感器.通过聚焦CO2激光在光子晶体光纤表面刻槽的方法研制光纤型起偏器.利用CO2激光周期性塌陷空气孔的方法,在空气芯光子带隙光纤中写入新颖的长周期光纤光栅.利用准分子激光或飞秒激光通过双光束干涉原理在细芯掺锗光子晶体光纤或细芯纯硅光子晶体光纤中写入光纤布拉格光栅.     

包层空气孔为正六边形的塑料光子晶体光纤色散特性分析

介绍了光子晶体光纤的特点和分类。为了进一步分析塑料光子晶体光纤中各参数对塑料光子晶体光纤色散性能的影响,利用RsoftCAD软件中的Fullwave模块对不同参数的塑料光子晶体光纤进行模拟计算,通过时域有限差分（FDTD）法对包层空气孔为六边形的塑料光子晶体光纤色散特性进行分析,给出了塑料光子晶体光纤色散特性随孔间距、孔大小等参数变化的一般规律。通过对塑料光子晶体光纤的包层结构进行多组比较,以便为实际塑料光子晶体光纤的制作与研发提供理论依据。     

七芯光子晶体光纤耦合特性的研究

根据七芯光子晶体光纤（PCF）7个超模的特征,给出了七芯PCF耦合长度的一种计算方法,揭示了七芯PCF的七个超模与耦合特性之间的内在联系。利用有限差分光束传播法（FD-BPM）分析了七芯PCF的耦合特性,发现其耦合长度随着传输波长的增加而减小;随着纤芯与包层材料折射率之差和纤芯之间距离的增大而增加;还分析了七芯PCF的横向不均匀性、纵向不均匀性、位置偏移等因素对其耦合特性的影响,为设计七芯PCF的结构提供了理论依据。     

利用有效折射率法对光子晶体光纤非线性系数的研究

利用有效折射率法推导计算了全内反射型光子晶体光纤非线性系数与其结构参数——包层空气孔间距、空气孔半径、入射光波长的关系. 得出了全内反射型光子晶体光纤非线性系数与结构参数、入射光波长的关系曲线,并讨论了其对光子晶体光纤非线性系数的影响. 为光子晶体光纤在非线性研究与应用方面提供了理论依据.     

工艺参数对树脂与液晶光纤插针同轴度的影响

针对光纤插针同轴度要求比较高、树脂和液晶光纤插针又未得到广泛应用的问题,利用CAE软件研究了工艺参数对树脂和液晶插针同轴度的影响.实验表明,树脂和液晶光纤插针的同轴度可以满足精度要求,模具温度、熔体温度和保压压力对这两种插针的同轴度影响较大.     

剑麻纤维对高模量沥青混合料低温性能的改善

采用弯拉应变作为剑麻纤维高模量沥青混合料低温性能的评价指标,考察了剑麻纤维长度及其掺量对高模量沥青混合料低温性能的影响. 同时,对剑麻纤维高模量沥青混合料的高温性能和水稳定性进行了验证. 结果表明,在剑麻纤维掺量为0. 3%条件下,纤维长度能够明显影响弯拉应变值;其中6 mm长的剑麻纤维对高模量沥青混合料的弯拉应变值比不掺加剑麻纤维的高模量沥青混合料增幅高达123%. 在剑麻纤维长度为6 mm的条件下,弯拉应变值随着剑麻纤维掺量的增大呈现出先增大后减小的变化趋势;其中0.3%掺量的剑麻纤维对高模量沥青混合料低温性能改善效果最为突出. 此外,剑麻纤维的添加对高模量沥青混合料的高温和水稳定性能均有一定程度提升.     

基于强度检测的HiBi-PCF-FLM温度不敏感应力传感器

提出一种基于强度检测的高双折射光子晶体光纤环镜(HiBi-PCF-FLM,highly birefringent photonic crystal fiber loop mirror)温度不敏感应力传感器。利用PCF对温度的不敏感性,把一小段HiBi-PCF传感光纤插入到FLM中,可实现温度不敏感应力传感。利用应力作用引起FLM透射光谱移动的特性,由DFB激光作为入射光源,使用光功率计检测经过FLM后的透射光强度,实现基于强度检测的应力传感。当输入波长为1547 nm时,作用于PCF应力与经过FLM后透射光强度的关系可拟合为二次函数,其与实验数据的拟合度高达0.9995。     

新型环糊精-蚕丝纤维的合成及其包合性能

为制备新型蚕丝功能纤维,用环糊精对其接枝改性。首先合成了6位环糊精单醛,然后通过还原氨化反应将其接枝到蚕丝纤维,合成了包合药物β-苯丙烯酸的接枝β-CD蚕丝功能纤维,测定了其包合稳定性常数和热力学参数,研究了其包合与释放性能。结果表明,该包合反应为放热反应,分子间的范德华力在起主导作用;包合物的稳定性受温度影响较大,低于30℃比较稳定,40℃时大量释放;在同一温度下,释放率随时间的增加而变大。利用接枝环糊精法改性蚕丝纤维,并选择合适的客体分子包合,为制备新型功能纤维提供了可能。     

光固化中的纤维--树脂复合材料机械性能研究

对于快速成型中的光固化制作工艺,在光敏树脂中加入短纤维面制得的零件的机械性能可得到改善．制备了纤维——树脂悬浮液,探讨了纤维的添加对悬浮液粘度的影响,研究了纤维的分布方位及长度对复合材料固化物的弹性模量的影响．依据复合材料相关理论预测了固化层片及固化零件的机械性能．如弹性模量、强度．实验发现复合材料制作的样件的弹性模量和拉伸强度明显高于纯树脂固化样件,且其在后固化过程中的收缩量也比后者小．实验结果为光固化系统的制造提供最优的操作参数．     

光子晶体光纤光栅谐振波长的特性研究

应用多极法理论和传输矩阵法,对基于包层空气孔为正六边形对称结构的光子晶体光纤的布喇格光栅特性进行了计算和仿真。对比研究了常规单模光纤所成光栅与相同光栅周期的光子晶体光纤布喇格光栅反射谱之间的差异,重点研究了光子晶体光纤的结构参数变化（间隙孔半径、层数）与光子晶体光纤光栅的谐振峰变化规律。当光子晶体光纤的间隙孔半径增大时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现蓝移;当光子晶体光纤的间隙孔径不变而层数增加时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现红移。     

光开关在分布式光纤温度传感系统的应用研究

分析了决定分布式光纤温度传感器系统传感距离的因素,提出了使用光开关扩展系统的传感长度。设计了多模1×2棱镜光开关的单片机驱动接口,计算机软件通过RS232串行接口发出指令控制光开关的切换。测试结果表明,嵌入了1×2光开关可使系统传感光纤长度延伸为原来的2倍。     

关于光纤温度传感器的研究

本文首先从理论上较系统的描述了GaAs半导体光纤温度传感器的构成原理,并据此建立了有关的设计计算方法和技术。提出用LED耦合双尾纤的方法构成光纤温度传感系统,可有效解决长时间实时温度遥测的问题。文章还介绍了利用单板机实现数据采集的硬件和软件技术。这一研究成果使这种传感器具有多路智能化温度实时监测能力,向实用化阶段前进了一步。