少模光纤布喇格光栅的光谱特性研究

相较于传统的单模光纤布喇格光栅(FBG)传感器,少模FBG传感器在测量时不易受到外界无关参量的影响,精度更高,但其在光栅参数设计上缺乏相应的理论依据。针对此问题,基于FBG耦合模理论,利用OptiGrating和Matlab软件模拟分析了纤芯中存在LP₀₁模、LP₁₁模的少模FBG的反射谱。仿真结果表明:区别于传统单模FBG的单峰结构,少模FBG的反射谱具有三峰结构,光栅周期、光栅长度和折射率调制深度的变化会对各波峰的反射率及中心波长产生规律性的影响。     

包层结构对光子晶体光纤光栅反射谱的影响

利用RSoft软件对包层空气孔为正六边形对称结构的光子晶体光纤的模场进行了分析,并使用模式耦合理论和传输矩阵法对光子晶体光纤光栅(PCFG)特性进行了计算和仿真,对比了不同包层结构和纤芯尺寸的PCFG反射谱之间的差异.仿真结果显示,占空比和纤芯尺寸的大小可影响谐振峰的数量和谐振波长值的大小.     

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.     

大空气孔微结构光纤光栅反射谱分析

采用有限元方法和耦合模理论,分析了圆型大空气孔微结构光纤Bragg光栅的光谱特性,并进行了数值计算.结果表明,随纤芯半径的增大,此类光纤光栅纤芯模式和包层模式的谐振蜂向长波长方向漂移.随包层空气孔半径的增大,包层谐振峰向长波方向漂移,并逐渐趋于稳定值.随包层空气孔中填充材料折射率的增大,纤芯模式谐振峰中心波长不变,而第...     

非均匀温度场下升余弦变迹FBG的光谱响应研究

基于模式耦合理论,采用基于光纤布拉格光栅(FBG)的二层圆光波导模型,通过转移矩阵法实现数值仿真得到升余弦变迹FBG在几种典型非均匀温度场下的反射谱。处于非均匀温度场下的FBG其纤芯、包层的有效折射率及光栅周期都会发生非均匀变化,因此其反射谱结构也会发生相应变化。仿真结果表明:非均匀温度场中升余弦变迹FBG反射谱与其温度梯度系数ΔTmax有很大关系,与均匀温度分布相比,其反射率明显下降,反射带宽明显展宽,反射峰出现分裂以至振荡;最大反射率随ΔTmax的增加呈非线性减小,其对应波长与温度梯度系数ΔTmax成正比,且不同的温度场对应不同的变化率,如线性温度场中其变化率约为0.004nm/℃,中心对称二次方分布温度场中变化率为0.006 5nm/℃。研究结果对于升余弦变迹FBG实现非均匀温度场的测量有重要意义。     

用于制作光纤布拉格光栅的工业准分子激光器的优化

1　引言一般情况下 ,把光纤布拉格光栅描述为没有材料蚀刻的、具有周期性结构和光波导光学特性的变型。以这一方式在纤芯中纵向折射率可周期性变化。这一变化的周期通常为几微米 ,如果光纤布拉格光栅要用于特定波长的选择性反射 ,则波长 (及其谐波 )和由其引起的折射率调制必须满足布拉格条件λb=2Λ neff/ N　 (N =1 ,2 ,3… )其中λb为选定波长 (如 1 .5 5 μm) ,Λ为调制的周期 ,neff 为有效折射率 ,N为反射次数。光栅的反射率 R取决于和波长有关的光耦合进光栅的系数 k以及光纤长度 LR =tanh2 (k L )　　掺锗光纤中折射率的光感应变…     

LPFG折射率模式响应及其在传感建模中的应用

基于光纤光栅的模式耦合理论,采用严格的数学模型,给出了三层介质长周期光纤光栅(LPFG)的纤芯模和包层模的本征方程,分析了长周期光纤光栅中的纤芯模式和包层模式的有效折射率随外界环境折射率变化的情形,以及外界环境折射率变化对长周期光纤光栅谐振波长的影响.通过在长周期光纤光栅外涂覆折射率对外界环境变化敏感响应的特定薄膜可以显著提高其传感测量的灵敏度.研究结果可为长周期光纤光栅传感器结构参数的优化设计和实际应用提供理论支持.     

交替温度对FBG性能蜕化的影响机理及试验研究

纤芯折射率调制深度是影响布拉格光纤光栅(FBG)蜕化的唯一参数,仿真分析了折射率调制深度对反射谱峰值、过零带宽的影响。利用能级跃迁理论揭示了环境冲击引起势阱电子溢出,进而引起折射率调制深度减小的FBG性能蜕化连环影响机理。设计了试验系统,利用高低温循环试验分别对4个不同应变工况下的FBG进行加速蜕化作用。实验结果表明:温度循环交替冲击会使FBG产生较快的蜕化现象;在各个蜕化阶段,应变越大的FBG蜕化效应愈明显,施加应变为1 500με的FBG在1 000个交变循环后,反射光谱几乎就难以识别,失去传感能力。     

微结构相移光纤光栅的反射谱特性分析

相移光纤光栅作为一种透射型滤波器,在光通信和传感领域有着广泛的应用.文章介绍了一种基于光纤包层刻蚀技术的新型微结构相移光栅,利用光纤双包层理论分析了包层刻蚀深度和环境折射率对纤芯基模有效折射率的影响,并将谐振理论与传输矩阵法相结合,详细分析了刻蚀深度、刻蚀宽度和刻蚀位置与微结构相移光纤光栅的反射谱之间的关系.     

光纤光栅声光调制特性分析

高频超声波在紫外写入的光纤布拉格光栅(FBG)上传播，产生的长周期超声光栅调制光纤光栅，形成光纤超声超结构光栅。利用模式耦合理论，分析了光纤超声超结构光栅的光谱特性，得出光纤超声超结构光栅的反射谱存在多个反射峰，其反射峰的波长间隔由超声波的频率决定。因此，可以通过改变超声波的频率，调节一阶反射谱的反射波长，从而实现宽调谐范围的快速波长可调滤波器。该滤波器与通常的声光可调滤波器相比，带宽更窄，调谐速度更快。     

一种两段式FBG应变和温度同步测量的实现

为解决光纤布拉格光栅(FBG)的应变和温度交叉敏感性问题,本文基于FBG纤芯有效折射率与纤芯半径的良好相关性,提出一种半腐蚀FBG的新颖结构。即一根FBG被分成等长两部分,用HF酸腐蚀其1/2区域直到纤芯半径。采用传输矩阵法和纤芯基模有效折射率的色散方程对两段式FBG建模,利用Mathcad 15计算软件进行数值仿真和模拟。仿真结果表明,FBG反射峰发生分裂,即一个反射峰分裂为两个,且当纤芯半径变小时,腐蚀段FBG谐振波长蓝移,而未腐蚀段FBG谐振波长基本不变;纤芯半径越小,两段FBG谐振波长的间距越大。实验结果表明,实现了应变和温度的同步测量,得到应变和温度的传感精度分别为7.2με和1.1℃。     

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。     

正弦型包层结构光纤光栅传输特性的研究

提出了一种光纤包层半径为正弦函数的光纤光栅.运用传输矩阵理论对该结构光纤光栅的传输特性进行了分析.与线性啁啾光栅相比,在施加一定拉力的情况下,正弦型包层结构光纤光栅具有理想的箱型反射谱,边缘陡峭度高.随着施加拉力的增大,光栅的反射谱中心波长将向长波方向移动,且反射带宽增大.     

两种介质模型啁啾长周期光纤光栅的色散分析

为了更加准确地研究薄包层CLPFG(啁啾长周期光纤光栅)的传输与色散特性,仿真分析了单轴晶体光纤的二、三层介质模型所得纤芯模有效折射率的差别以及中心波长的差别,并基于该差别,采用数值分析的方法研究不同包层半径、包层模序对CLPFG色散性能的影响。结果表明,当单轴晶体光纤包层半径与包层模序较小时,两种光纤介质模型的纤芯模有效折射率有较大差别。对于两种介质模型的光纤光栅,降低包层半径或增大包层模序数都有利于增大色散。文章的分析方法和结论为CLPFG的分析和设计提供了理论依据。     

基于逐点法刻写的偏芯光纤布拉格光栅应变和温度传感研究

为解决当前光纤光栅制备灵活性较低,以及测量 中不利于实现分布式波分复用的问题,提出了一 种于基于逐点法刻写的偏芯光纤布拉格光栅传感器(eccentric fiber Bragg grating,EFBG)。采用飞秒激光(femtosecond laser,FSL)逐 点刻写技术,光栅刻写位置垂直偏离光纤中心3 μm,光栅长度为5 mm,光栅中心波长为1 633 nm。不 同于传统光纤光栅,偏芯结构的光栅可以激发出较宽的包层模共振范围,通过分析包层模共 振峰的波长 漂移量,表征施加的应变大小或温度高低。实验结果表明,应变测量范围在0—5 00 με时,包层模灵敏度为 0.98 pm/με,温度测量范围在30—80 ℃时, 包层模灵敏度为10.89 pm/℃,并且包层模灵敏度相比芯模灵敏 度数值相差较小,从而可以实现应变或温度的传感测量。     

基于熔融拉锥光纤布拉格光栅的光谱特性

锥形光纤是直径沿轴向逐渐变化的一种光纤。使用broyden迭代结合打靶法求解了基于熔融拉锥光纤布拉格光栅(FBG)的耦合模方程,数值分析了光纤轴向上的锥度对FBG光谱的影响。与未拉锥的均匀FBG相比,锥形光纤的FBG光谱向短波长处漂移,光谱带宽增大。由于纤芯束缚光场能力变弱,光谱的峰值反射率和透射深度均减小。锥度越大,这种现象越明显。实验中使用拉锥方法制作锥形光纤,通过在相同拉锥长度的情况下改变拉锥速度得到不同锥度的光纤,研究了锥形光纤损耗与拉锥速度的关系。使用波长为248 nm的紫外激光和周期为537 nm的均匀掩模板在所制作的锥形光纤写入布拉格光栅,研究了不同锥度光纤对光栅光谱的影响。实验结果与理论分析结果基本吻合。     

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。     

折射率非线性调制的双重光纤光栅特性

利用耦合模理论 ,系统分析了双重光纤光栅在折射率深度调制或非线性调制情况下的光谱特性。结果发现 ,在折射率非线性调制情况下 ,双重光纤光栅具有规则的多波长反射特性 ,同时 ,其反射光谱中的二次谐波也变得非常强 ,因此 ,它是一种实现多通道波分复用器、分插复用器及多波长激光器等的潜在技术。     

基于液体热光效应的FBG温度补偿方法

为了降低光纤布拉格光栅(FBG)中心波长对温度变化的敏感度,提出了一种FBG温度补偿新方法。用石英玻璃管对栅区包层被部分腐蚀的FBG进行罐状封装,内部填充具有一定折射率和负热光系数的液体以充当环境包层。利用液体包层热光效应影响FBG中心波长紫移的特性补偿光纤热膨胀和热光效应产生的红移特性,提高了FBG中心波长的温度稳定性,并且在25~55℃的局部温度范围内获得了0.002 2nm/℃的温度系数,使FBG中心波长的温度稳定性提高了近5倍,验证了方法的可行性。理论与实验研究表明,通过减小FBG包层厚度或选择具有较大折射率和热光系数的封装液体,可进一步提高封装后的FBG的温度稳定性。这种温度补偿方法简单可行,避免了胶粘材料封装固化过程中的光栅啁啾,拓展了FBG在光纤传感和通信中的功能化应用。     

对称纤芯-包层光子晶体光纤的耦合特性

提出了一种新型对称纤芯-包层结构的光子晶体光纤,其截面由两组沿截面中心完全对称的纤芯-包层结构组成。对一组纤芯-包层结构的所有空气孔进行填充乙醇液体,利用填充液折射率的温度敏感性,来调制两纤芯之间的耦合特性。采用有限元法数值分析了该型光纤双芯不同结构参数及-20~70 ℃之间温度变化时的耦合特性。结果显示该型光纤双芯之间的耦合对温度具有高度敏感度,具有极短的耦合长度,在波长为1550 nm处耦合长度仅为55.00 μm,且可实现超短长度、高消光比偏振分束特性,长度为198 μm时消光比达到84.45 dB。该型光纤可以制作成性能很好的温度传感器和偏振分束器。