长周期手征光栅的光谱和传感特性研究

根据耦合模理论,分析了双螺旋型长周期手征光纤光栅(Chiral Long Period Fiber Gratings,CLPGs)的光谱特性和耦合特性,利用相位匹配条件,计算了特定谐振波长所对应的扭转周期及扭转率,模拟了相应的透射谱,并讨论了光栅的设计参数对透射谱的影响。最后分析了双螺旋型CLPGs的应变传感特性,研究表明其传感特性与传统的长周期光纤光栅类似,谐振波长受应变变化会发生偏移,并且波长的偏移量与应变呈线性关系,灵敏度为0.828 pm/με。     

基于超结构长周期光纤光栅的OCDMA编解码器

文章在分析长周期光纤光栅的透射特性的基础上,提出超结构长周期光栅(SSLPG)具有与超结构布拉格光栅(SSFBG)的反射谱相似的交叉透射谱,并提出利用色散补偿光纤(DCF)中基模和内包层模之间的模式耦合可制作基于SSLPG的光码分多址(OCDMA)时域扩展相位编码器.仿真表明,用SSLPG和SSFBG能获得相同的编解码效果.     

基于SPSS软件的取样光栅传感特性分析

基于耦合模理论,采用传输矩阵法分析了取样光栅反射谱,取样光纤光栅在受到外界环境应变和温度影响时,其反射光谱的反射率和波长会发生变化。通过测量反射光谱的反射率变化和波长漂移,就能够实现用单根的取样光纤光栅同时测量应变和温度。通过仿真实验获得了取样光纤光栅的应变和温度传感数据。利用SPSS13.0统计学软件计算出了取样光栅反射率和波长与温度、应变变化的函数关系式,得到系数矩阵中A,B,C,D分别为-0.00033/ε,-0.00011/℃,-0.00055nm/ε,0.013nm/℃。应变测量范围为0~180     

长周期光纤光栅及其组合透射谱的仿真研究

根据耦合模理论及模耦合方程推导了长周期光纤光栅的透射系数、反射比以及级联长周期光纤光栅的透射系数表达式,用Matlab对其进行仿真研究,并总结了长周期光纤光栅透射谱特性随光栅长度、周期及耦合系数的变化规律,通过仿真实验,验证了系统特性.     

刻制单模和折射率渐变少模光纤光栅的研究

介绍了利用相位掩模技术刻制光纤Bragg光栅的基本原理,并利用相位掩模板技术在增敏后的光纤上刻制出了单模和折射率渐变少模光纤布拉格光栅.实验结果表明单模光纤光栅在1 080 nm波长附近透射谱的峰值达到了-49 dB以上,几乎达到其理想值;刻制的折射率渐变少模光纤光栅的反射谱显示约有8个特征峰,其峰值约为7～8 dB,反射率达到了80%以上,并对这种光纤光栅的反射谱进行了理论分析,结果表明理论与实验结果符合得较好.     

长周期光纤光栅及其组合透射谱的仿真研究

根据耦合模理论及模耦合方程推导了长周期光纤光栅的透射系数，反射比以及级联长周期光纤光栅的透射系数表达式，用Matlab对其进行仿真研究，并总结了长周期光纤光栅透射谱特性随光栅长度、周期及耦合系数的变化规律，通过仿真实验，验证了系统特性．     

弯曲曲率对长周期光纤光栅透射谱特性的影响

报道了一种分析长周期光纤光栅(LPFG)透射谱谐振波长和衰减率随弯曲曲率变化的方法。利用耦合模理论和微扰近似推导了长周期光纤光栅透射谱随弯曲曲率变化的一般表达式,得到当弯曲曲率为2.56 m~(-1)时,长周期光纤光栅透射谱分裂,分裂峰的谐振波长和衰减率与弯曲曲率呈非线性变化,但分裂峰的间距与弯曲曲率呈线性变化。利用B-Ge共掺单模光纤写入的长周期光纤光栅证实了理论的正确性,且具有很好的重复性。     

基于双光纤布拉格光栅的抽运激光器波长锁定器

运用耦合模理论推导了双光纤布拉格光栅(FBG)的透射率和反射率的解析表达式,进一步推导出带双光纤布拉格光栅激光器的增益方程。利用相关表达式讨论双光纤布拉格光栅的反射特性与透射特性,并探究对激光器增益曲线的影响。双光纤布拉格光栅由结构和特性相同的单光纤布拉格光栅构成,通过优化两光纤布拉格光栅之间的距离得到最佳的锁模特性。在工作温度为0℃,20℃,70℃时,分别测量了带双光纤布拉格光栅和单光纤布拉格光栅波长锁定器的非致冷抽运激光器的输出光谱。其结果表明带双光纤布拉格光栅的非致冷抽运激光器输出光谱的稳定性得到了显著改善。在0~70℃温度范围内能稳定工作,波长漂移为0.2 nm,边模抑制比达45 dB,半峰值宽度小于1.57 nm。     

级联长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅的光学特性

基于耦合模理论及传输矩阵法,给出了级联长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅系统(CLBG)的耦合模方程与总传输矩阵,理论模拟了CLBG的反射谱,得到的反射峰位置与已知文献中所给出的两个反射峰的位置关系相吻合。在此基础上,模拟了镀膜CLBG之间的光纤长度、薄膜折射率、薄膜厚度等参数对反射谱的影响。由仿真结果可知,CLBG反射峰中受长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅共同影响产生的反射峰对外界环境的变化非常敏感,其对薄膜折射率的分辨率较单个镀膜长周期光纤光栅高2个数量级,表明CLBG在薄膜传感领域具有重要的应用价值。     

均匀非均匀光纤光栅反射谱透射谱特性研究

文中阐述了光纤光栅的分类以及它们的特点和应用,根据光的耦合模理论应用MATLAB仿真均匀周期布喇格光纤光栅反射率透射率特性和非均匀啁啾光纤光栅反射率透射率特性,研究得到均匀周期布喇格光纤光栅和非均匀啁啾光纤光栅的反射率、透射率与光栅长度L成正比,L＝10mm时反射率和透射率接近100％,对比得到均匀周期布喇格光纤光栅反射率透射率,啁啾光纤光栅具有较宽的反射谱透射谱。研究结论为均匀非均匀光纤光栅器件制作提供理论依据。     

基于闪耀光纤光栅透射特性的分布式光纤布拉格光栅传感器解调方法

建立了一种基于闪耀光纤光栅(BFBG)透射特性的分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感器的解调系统。由两个中心波长相近、光栅长度不同的FBG并联组成一个传感探头(FBG1用于参考,FBG2用于传感),以消除温度对应变测量的影响。将BFBG两端与加有10 Hz锯齿扫描电压的压电陶瓷(PZT)相固定,使BFBG的主模和边模发生周期性的同向偏移,对传感探头的光谱信号进行解调。从BFBG出来的透射光经光电管将光强变化转化为电信号,用计算机对待测应变量进行实时分析显示。实验表明,用BFBG进行光谱解调是可行的(微应变测量的分辨率为5με),并且成功地解决了温度和应变交叉敏感的问题,所建立的实验系统稳定可靠,成本低。     

低双折射均匀光纤布拉格光栅斯托克斯参量的研究

根据耦合模理论和琼斯矩阵与斯托克斯矢量的关系给出单模均匀光纤布拉格光栅(FBG)反射和透射斯托克斯参量公式,数值模拟出低双折射单模光纤均匀FBG在不同双折射值下反射和透射斯托克斯参量随波长变化的曲线。结果显示4个归一化斯托克斯参量中,s1关于中心波长λ0呈反对称分布,S0,s2和s3关于λ0呈对称分布;双折射值增大谱线不产生漂移,但谱线反射带宽变窄,反射信号与透射信号斯托克斯参量振幅均有不同程度的变化,表明双折射值对斯托克斯参量的影响非常显著。测出单模光纤均匀FBG反射和透射斯托克斯参量随波长变化曲线,理论分析与实验结果基本符合。     

随机折射率调制光纤光栅中的模式耦合分析

对随机折射率调制的光纤光栅进行了理论建模,将随机光纤光栅看作是长、短周期均匀光纤光栅的随机线性组合.分别利用传输矩阵法和光束传播法计算了随机间距均值为20μm的随机光栅的反射和透射特性,证实了随机光栅中同时具有前后向纤芯基模的耦合以及纤芯基模与包层模式之间的耦合,验证了所提出的线性组合的理论模型.文中还进行了随机光栅的实验研究,采用飞秒激光器在1 cm的单模光纤中写入了具有500个随机间距在10~20μm的折射率调制点的随机光栅,并测量了该随机光栅的反射和透射光谱.实验结果进一步验证了理论模型的准确性.     

分段磁光光纤光栅的光谱特性研究

分段磁光光纤布拉格光栅(MFBG)是指在同一根磁光光纤上依次写入不同周期的光栅而形成的级联磁光光栅系统。根据均匀MFBG的耦合模理论,利用电磁场边界连续性条件,研究了分段MFBG中圆偏振光的光谱特性。研究表明,单段光栅时,圆偏振光在分段MFBG中的反射或透射光谱特性与均匀MFBG一致,理论计算的偏振相关损耗(PDL)变化曲线与实验结果基本吻合。两段或多段MFBG段级联时,分析了在外加磁场的控制下采用不同光栅周期的多段MFBG结构实现可调色散补偿、分布式磁场传感等光子信息处理的功能原理。     

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.     

横向局部受力光纤光栅的研究

仿真分析了光纤布拉格光栅(FBG)横向局部受力时的光谱变化,对不同受力位置、受力大小、受力长度的FBG分别作了光谱分析.当FBG横向局部受力时,光谱会分裂,在反射光谱上出现一个透射缺口,且随压力的变化而呈线性、周期性变化.通过和光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的比较,发现此缺口是光纤光栅法布里-珀罗腔效应形成的,这将对此类光纤光栅传感系统的光谱检测具有一定的指导意义.     

基于倾斜光纤光栅的温度不敏感振动传感器

提出了一种基于倾斜光纤光栅与多模光纤相结合的温度不敏感振动传感器,其振动传感头是在倾斜光纤光栅与单模光纤之间加入一小段多模光纤所组成。倾斜光纤光栅的反射光谱有布拉格模和包层模两部分组成,其中多模光纤的作用是将倾斜光纤光栅反射包层模耦合到单模光纤的基模。倾斜光纤光栅包层模对外界振动很敏感,通过传感器的包层模平均输出功率完成对外界振动物理量测量。由于采用强度解调的方式,可以大大降低传感器装置的复杂性。实验表明：当传感器温度从20 ℃上升到70 ℃时,传感器的输出平均光功率均方根误差为0.01 μW,其反射光谱平均输出功率影响很小,故可以避免外界温度对测量结果的影响。     

光纤布喇格光栅封装技术研究

光纤布喇格光栅(FBG)封装技术是光器件集成化中的一项关键技术.提出了一种全部注胶的封装方案,由于胶水固化时所产生的应力使得光纤布喇格光栅的性能出现劣化,反射谱和透射谱出现多峰.在第二套封装方案中,通过减少注胶范围和增加保护结构,实现了性能良好的封装方案,FBG反射谱和透射谱形状均正常.     

长周期光纤光栅波导色散因子和有效折射率热光系数的测量

对串联的长周期光纤光栅(CLPFG)的透射谱特性进行了理论分析和实验研究。分析表明,长周期光纤光栅中纤芯模和包层模之间的马赫曾德尔干涉效应导致在长周期光纤光栅谐振峰内的梳状滤波结构特性;其峰值位置和峰间距同串联区光纤的长度以及光纤的波导色散因子有关。测量了长周期光纤光栅的透射谱,并研究了其温度特性。根据测量数据,得到对应于1554 nm波长处,所用单模光纤HE14模的波导色散因子γ为0.874;纤芯/包层有效折射率差的热光系数为4.8×10-5℃-1。并对这一测试方法和结果,以及长周期光纤光栅的应用进行了讨论。     

长周期光纤光栅(LPG)均衡滤波器在光纤放大器中的应用

根据耦合模理论 ,给出了两级关联和非关联长周期光纤光栅的透射率表达式 ,从而指出在进行LPG均衡滤波器设计时 ,应采用非关联的光栅 ,可以构成灵活多变的透射谱 ,非常适合光纤放大器的不同增益谱对均衡滤波器传输特性 (透射谱 )的不同要求。以此为基础 ,设计和模拟计算了 LPG均衡光纤宽带放大器的增益及噪声谱。结果表明 ,采用均衡滤波方式是使光纤放大器增益平坦的有效方法