机械感生可调谐长周期光纤光栅的特性研究

在耦合模理论分析的基础上,利用机械线加工技术设计周期性压力槽,基于机械感生原理写制了可调谐长周期光纤光栅(LPFG)。设计周期性压力槽的周期为600μm,周期数60,长周期光纤光栅最大谐振峰值损耗可达18 dB,通过改变压力槽与光纤之间的夹角实现了谐振波长可调范围不小于12 nm,并实验研究了LPFG的压力和温度特性。制作的长周期光纤光栅具有谐振波长和峰值损耗均可调谐、成本低以及可擦除等优点。     

长周期光纤光栅液体温度传感特性研究

从长周期光纤光栅温度传感特性的基本原理入手,分析了长周期光纤光栅在液体环境中的温度传感特性,并对其在液体溶液中和空气中的温度特性进行了对比实验研究。实验结果表明,长周期光纤光栅在液体中的温度特性与在空气中的一致,均随着温度的升高,谐振波长向长波长方向漂移,温度降低时,谐振波长向短波长方向漂移,且基本成线性关系。在30℃到90℃范围内,液体环境温度灵敏度约为0.079nm/℃,损耗峰幅值波动不超过2.3dB。     

长周期光纤光栅单损耗峰实现轴向应变和温度双参量

由于长周期光纤光栅进行传感时存在温度交叉敏感的问题,因此,提出了一种长周期光纤光栅单损耗峰实现温度与轴向应变双参量同时传感的方案。实验制备长周期光纤光栅并分析光栅损耗峰随温度和轴向应变变化的特性：温度导致光栅中心波长漂移,温度灵敏度为90 pm/℃,但是对强度几乎没有影响;轴向应变主要影响光栅的强度,轴向应变灵敏度为12 dB/mε,对中心波长影响较小。实验结果表明,利用长周期光纤光栅单损耗峰从波长漂移和强度变化两个维度进行分析,可以实现温度、轴向应变的双参量同时传感。该方案结构简单,迟滞、重复特性好,具有一定的实际应用价值。     

基于电弧等离子体的光纤光栅快速退火的研究

为了实现光纤布喇格光栅的快速退火,采用高温电弧等离子体热处理光纤光栅的方法,设计了相关实验进行验证。由实验可知,透射谱深度23dB、中心波长1552.09nm、3dB带宽0.2784nm的光纤光栅,经电弧等离子体放电扫描后,光纤光栅的透射谱深度减小,3dB带宽变窄,中心波长蓝移;随着重复扫描次数的增加,各参量变化趋势减缓,最终透射谱深度减小13dB、中心波长蓝移0.84nm、3dB带宽变窄0.1013nm;将电弧等离子体处理后的光纤光栅放入高温炉24h退火后,透射谱深度、中心波长、3dB带宽均不再发生变化。结果表明,将电弧等离子体用于光纤布喇格光栅的退火处理是可行的,并且具有周期短、涂覆层无损伤的优点。     

用于1064nm波段的45°倾斜光纤光栅的研制及其偏振特性研究

研究分析了45°倾斜光纤光栅的工作机理。利用紫外曝光法,将周期为1070 nm的相位模板旋转一定角度后,在光敏光纤上成功写制了45°倾斜光纤光栅,通过拼接写制技术,写制的光栅栅区长度为24 mm。对写制的45°倾斜光纤光栅的偏振依赖损耗特性进行了研究,在1064 nm处偏振依赖损耗值为11.8 dB,在1050~1100 nm范围内的偏振依赖损耗值保持在9 dB以上。导致其偏振依赖损耗值偏低的主要原因为相位模板的周期不匹配以及光栅栅区长度不够。经过优化后该器件可作为光纤起偏器件使用。     

长周期光纤光栅温度传感性能分析

长周期光纤光栅的谐振波长与温度的变化基本呈线性关系,线性拟合的标准差可以表示长周期光纤光栅损耗峰对应波长的波动性。提出了一种初步衡量长周期光纤光栅的温度传感性能优劣的方法,即用长周期光纤光栅温度灵敏度与拟合标准差的比值P的大小来判断长周期光纤光栅的温度传感性能优劣。大量的实验数据证明,长周期光纤光栅温度传感特性的优劣与参数P的大小是一致的,即P值越大则长周期光纤光栅的温度传感特性越好,P值越小则长周期光纤光栅的温度传感特性越差。     

基于长周期光纤光栅的压力传感器

利用长周期光纤光栅(LPFG)对于弯曲敏感的特性，与应变膜片压力传感技术的机械结构相结合，报道了一种基于长周期光纤光栅的新型压力传感器。实验结果表明，在0～0．13MPa的气压下，长周期光纤光栅透射谱的峰值波长向长波长方向移动了1．8nm；透射峰的幅度减小了13dB。通过检测其在固定波长处的光功率变化值就可以获得待测的压强值。该传感器的分辨率可以达到10^-4MPa，能够很好地满足实际应用的要求。     

复合调制长周期光栅耦合器的研究

从麦克斯韦方程出发,推导了长周期光栅耦合器在折射率、增益、损耗复合调制下完整的耦合理论模型。在此基础上,详细分析了该复合调制长周期光栅耦合器直通与交叉臂间的功率耦合和多波长滤波特性。结果表明,当增益/损耗调制与折射率调制作用相等时,复合调制长周期光栅耦合器具有单向非互易的功率耦合特性,而且随着多波长复用信号输入光纤和输入方向的不同,具有不同的上下话路滤波特性。在增益调制作用下,满足相位匹配条件的信号不仅可有效地耦合到交叉臂下话路输出,还能得到明显的放大;但当损耗调制时,直通与交叉臂中的信号功率均保持各自的初值,而且不再具备波长选择滤波能力。     

可调谐多波长掺铒光纤激光器

近年来,多波长光纤激光器作为密集波分复用系统中的重要光源而被广泛研究.对多信道取样光纤光栅(M-FBG)进行了详细的理论分析,并在此基础上实现了一种可调谐多波长光纤激光器.该激光器采用环形腔结构,以掺铒光纤作为增益介质,利用M-FBG的多波长选择特性在室温下实现了功率平坦度小于1dB、3dB线宽小于0.1nm、边模抑制...     

高频CO2激光脉冲写入PCF-LPFG传感特性研究

采用高频CO2激光技术在柚子型光子晶体光纤(PCF)上写入长周期光纤光栅(LPFG),并对其温度、应变和弯曲特性进行了实验研究。实验测得,PCF-LPFG谐振波长的温度和应变灵敏度分别为0.002nm/℃和0.001 8nm/με,谐振峰损耗值对温度和应变不敏感。由于高频CO2激光写入为单侧写入,导致PCF-LPFG透射谱的弯曲特性与方向和曲率直接相关。选择弯曲灵敏度较大的方向进行了弯曲测试,测得在一定的曲率范围内,PCF-LPFG的谐振波长及谐振峰损耗值的灵敏度分别为-5.45nm/m-1和3.32dB/m-1。基于PCF-LPFG的透射谱温度不敏感特性,本文为制作不受温度影响的应变和弯曲传感器提供了新的方法。     

Strain Characteristics of CO2-Laser-Carved Long Period Fiber Gratings

Unique strain characteristics of long period fiber gratings (LPFG) fabricated by a focused CO₂ laser beam carving periodic grooves on the fiber are investigated for the first time to our knowledge. Resonant wavelength, transmission attenuation, and polarization dependent loss (PDL) of the CO₂-laser-carved LPFG are found to depend strongly on the tensile strain applied, and their strain sensitivities are dependent on the depth of grooves and/or the initial refractive index modulation. The average strain sensitivity of resonant wavelength for LPFG is increased by 229 times and is up to -102.89 nm/mepsiv by means of carving periodic grooves on the fiber. When a stretching force is applied to the LPFG, the resonant wavelength can "blue" shift by -11.84 nm, the absolute value of peak transmission attenuation and the maximum PDL can be increased by 25.913 and 26.535 dB, respectively. The CO₂-laser-carved LPFG combines the features of the three types of LPFGs reported previously, i.e, the CO ₂-laser-induced LPFGs without physical deformation, the corrugated LPFGs fabricated by hydrofluoric acid etching, and the microbend-induced LPFGs. The mechanisms of refractive index modulation in the CO₂-laser-carved LPFGs under tensile strain are rather complicated and may be regarded as a combination of the stress-relaxation-, the groove-, the strain-, and the microbend-induced refractive index perturbations     

用于S波段光纤拉曼放大器增益平坦的长周期光纤光栅设计

根据实际所测得的S波段光纤拉曼放大器的信号增益谱,通过对长周期光纤光栅具体参数的选定,由两个长周期光纤光栅级联滤波的组合,可以使增益图谱在50 nm(1485-1535 nm)带宽内,增益平坦度达到±0.6dB以内.由三个长周期光纤光栅级联滤波组合,可以使增益图谱在49 nm(1490-1539 nm)带宽内,增益平坦度达到0.5 dB, 55 nm(1485-1540 nm)带宽内,增益平坦度达到1 dB.这对扩大长周期光纤光栅增益平坦滤波器的运用范围,扩大单泵浦S波段光纤拉曼放大器的有效增益带宽有着积极的意义.     

飞秒写制长周期光纤光栅的液体浓度测量实验研究

利用逐点写入法在去涂敷层的普通单模通信光纤中直接写入了长周期光纤光栅(LPFG),实验获得的LPFG在C波段的谐振波长1 538.8nm,衰减强度达10.63dB。其氯化钠和蔗糖溶液浓度传感特性实验表明,随着盐溶液浓度的增大,LPFG的谐振波长向左线性漂移,盐浓度每增加1%,波长向左漂移约0.05nm;随着糖溶液浓度从0%增大为50%,LPFG的谐振波长向左非线性漂移量高达约8nm。实验结果表明:飞秒激光逐点写入法操作简单,容易控制诱导的周期性折射率微扰在纤芯和或包层的位置,从而制备出对低浓度液体敏感的LPFG化学传感器;同时飞秒激光写制的LPFG具有较高的外界环境灵敏度,有望用在化学浓度传感中。     

Multiwavelength fiber sources based on double-pass superfluorescentfiber sources

We demonstrate a new technique to generate a high-power multiwavelength fiber source (MWFS) by inserting cascaded long-period fiber gratings (LPFGs) in double-pass Er-doped fiber (EDF) superfluorescent fiber sources. 20 channels with extinction ratios larger than 10 dB can be obtained between 1525-1560 nm with appropriate EDF lengths. Though the total output power decreases due to the insertion of the cascaded LPFGs, the power in each channel for the proposed MWFS is larger than that obtained by using the spectrum slicing technique because of power redistribution. We also demonstrate that by using another LPFG in such a source to reduce the power variation among the desired channels. The wavelength stability of the source is shown to be determined by the cascaded LPFCs rather than by the EDF     

基于非对称形变的全光纤宽阻滞滤波器的制作

本文提出的基于长周期光纤光栅（LPFG）的全光纤宽阻带滤波器的制做方法，基本原理是在光纤纤芯中引入周期性的非对称形变，从而使光纤纤芯的折射率发生周期性变化；提出了两种实现光纤纤芯非对称形变的方法，进而制做出阻带中心波长分别为1310nm和1550nm的全光纤宽阻带滤波器插入损耗分别小于0.8dB和1.4dB，后向反射损耗小于-70dB。这样的器件可用于提高WDM系统的隔离度。     

基于长周期光纤光栅的可调谐光滤波器设计

分析了长周期光纤光栅(LPFGs)透射谱受外界环境折射率变化影响的特性及其原理,进而提出了一种新型的可调谐光滤波器的设计思路．并运用分段光栅的矩阵分析法对其进行了具体的计算。此种光滤波器具有滤波精度高、可实现滤波波长和深度单独、连续调谐及全光纤性等优点,滤波波长调谐范围可达15nm,衰耗深度调谐范围达9dB。     

同时测量弯曲曲率和弯曲方向的长周期光纤光栅传感器

通过实验发现了高频CO2激光脉冲制备的长周期光纤光栅（LPFGs）的弯曲特性具有明显的弯曲方向性：即当其向不同的方向弯曲时,其谐振波长和损耗峰值的变化对应的弯曲灵敏度不同,并且在两个弯曲方向上最敏感,而在另外两个弯曲方向最不敏感。本文根据此独特性质,提出了不仅可以测量弯曲曲率而且可以同时判别弯曲方向的传感器,该弯曲传感器由2个具有弯曲方向相关性的LPFG和1个没有弯曲方向相关性的LPFG组成。结果表明,它克服了其它弯曲传感器只能测量弯曲曲率或只能判别弯曲方向的缺点。     

基于长周期光纤光栅和Sagnac环的温度与折射率的区分测量

利用长周期光纤光栅(LPFG)和保偏光纤(PMF)Sagnac环透射光谱的调制特性,设计了温度和折射率同时区分测量系统。通过监测LPFG嵌入Sagnac环的透射谱中谐振峰波长和强度的变化,测定了波长和强度对温度和折射率的灵敏度系数,构建了传感系数矩阵。实验发现,谐振峰波长随温度变化,谐振峰强度随折射率变化,实现了温度与折射率的区分测量。实验测得该系统的温度灵敏度0.1 286nm/℃,折射率灵敏度为49.38dB/RIU。实验结果验证了方案的正确性,且实验系统搭建简便,体积小,成本低,具有一定的应用前景。     

薄包层长周期光纤光栅的研究

报道了在薄包层光纤上用高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅(LPFG),并分析了该类薄包层LPFG横截面折射率的分布.结合LPFG的腐蚀实验,通过传输谱图的比较发现:较先写入光栅后腐蚀光纤包层的方法,先腐蚀光纤包层后写入光栅的方法更能有效地调整谐振波长.进一步研究发现薄包层LPFG对环境折射率的敏感度更高.