空分复用中的多芯光纤

介绍了近年来出现的光纤通信用单/多模多芯光纤(MCF)的基本特性和结构轮廓,列举了部分试验传输实例。指出人们对光纤通信容量的追求在时分、波分、偏分复用及多级调制方式的基础上,已开始将目光关注在基于MCF的空分复用(SDM)上,相信MCF的规模化商用已为时不远。     

七芯光纤的制备和传输特性的研究

在光纤传输系统中,未来众多通信新业务对传输 容量和传输速度提出了更高的需求, 而采用多芯光纤(MCF)的空分复用(SDM)技术可以有效解决传统单模光纤(SMF)对传输容量的 限制。本文采用光 束传输法和有限元法设计了一种7芯光纤,基于优化的结构参数制备了相应的7芯光纤。搭 建了MCF传输特性测试平台,对所制备的7芯光纤进行测试和分析,得其传输损耗为 0.36dB/km、弯 曲损耗为0.053dB和芯 径间串扰为－18.5dB。这种结构的7芯光纤制备简单,性能良好, 对SDM技术的发展具有重要的推动作用。     

基于多芯光纤错位熔接结构的温度与折射率同时测量传感器

提出了一款由输入单模光纤(SMF)-多芯光纤(MCF) -多模光纤(MMF)-输出SMF错位熔接构成的光纤Mach-Zehnder 干涉仪(MZI)结构,实现了环境温度和折射率的同时测量。实验结果表明,随着环境温度的 变化,传感器透射谱峰值波长线性漂移,灵敏度达 到54.238pm/℃,而透射谱峰值强度随温度变化不敏感;随着环境折 射率的变化,传感器透射谱峰值 强度线性变化,灵敏度达到10.704dB/RIU(RIU为折射率单位),而透 射谱峰值波长随环境折射率变 化不敏感。通过同时监测传感器输出光谱的峰值波长漂移量和峰值强度变化量,能够实现温 度与折 射率的同时测量。在温度与折射率测量时分别利用波长调制法与强度调制法,因此它们同时 测量不 存在交叉感染。本文传感器具有结构简单、制作容易和灵敏度高等优点,在生物、化学和医 学等领域有广泛的应用前景。     

光纤形态传感器研究进展

光纤形态传感技术是解决柔性体形态测量、光电缆实时形态跟踪、医疗介入针轨迹实时跟踪等3D形态恢复问题的创新型技术方案。光纤形态传感技术以光纤作为敏感元件,传感器具有结构简单、易于嵌入安装、测量不需要视觉接触、耐腐蚀,以及抗电磁干扰等优点,适用于水下、地下等复杂环境中的大尺度结构形态测量。近年来,光纤形态传感器受到了越来越多的关注,文章综述了光纤形态传感技术的最新研究进展,以一维曲率传感器、全向型曲率传感器和空间形态传感器为线索,介绍了各阶段传感器的研究现状以及面临的挑战。     

多芯光纤折射率与内应力分布重构技术（特邀）

介绍了一种基于定量相位显微（Quantitative phase microscopy,QPM）法、Brace-K?hler补偿器（Brace-K?hler compensator,BKC）法与机器视觉技术的多芯光纤综合参数测试系统,并利用该系统获得了七芯光纤的折射率分布与几何结构,单模光纤的内应力分布图。采用横向测量方式的QPM法避免了截断光纤造成的损坏,采用改进的BKC法优化了光延迟量的获取方式,结合机器视觉技术,实现了多模块、高空间分辨率、快速准确的光纤参数测量,其中相对折射率差的精度约5×10?4量级,单模光纤内应力测量分辨率约0.5 MPa。通过与既有的光纤产品技术指标对比,证明了该系统具有测量准确性,测试结果为多芯光纤在传输和传感等多领域的应用提供了数据支撑。     

基于应变的多模光纤可调谐光纤滤波器设计

可调谐光纤滤波器技术是波分复用系统的关键技术之一,对于发展全光通信网络和光纤传感具有极其重要的意义。提出了一种基于大芯径的多模光纤可调谐带阻滤波器,其制作方法是将包层/纤芯直径为125/105μm的特种多模光纤通过单模光纤接入光纤系统,实现单模-多模-单模(SMS)光纤结构,并使一端单模光纤与多模光纤熔接,另一端只是共轴对接而不焊接。在多模干涉原理的基础上,利用该结构对应变的敏感性实现可调谐光滤波。该可调谐滤波器的调制和解调借助于放大自发辐射(ASE)宽谱光源和光谱分析仪(OSA)实现。详细给出了该滤波器的理论仿真分析,并实验证实了该方案的有效性。     

多芯掺铒光纤的制备及其放大性能

空分复用技术被认为是未来实现光纤通信容量升级扩容的关键技术。传输距离是决定空分复用系统应用场景的关键,空分复用系统中信号的传输离不开放大器对损耗的补偿,因此,基于多芯掺铒光纤的空分复用光放大器是空分复用技术走向实用化的核心器件。本文基于改进的化学气相沉积技术结合打孔法制备了七芯掺铒光纤,并搭建了纤芯独立泵浦多芯光纤的放大系统,测试了七芯掺铒光纤的放大性能。在输入信号为0 dBm,泵浦光功率为350 mW的条件下,测得七芯掺铒光纤纤芯在C波段(1526～1566 nm)的平均增益为14 dB,平均噪声指数小于6 dB,不同纤芯间的增益差小于5 dB。     

孔辅助六芯光纤模式耦合及串扰特性研究

应用模式耦合理论系统地研究了空气孔辅助六芯光纤的耦合特性。特别考虑了非临近纤芯对互耦合系数及自耦合系数的作用,分析了光纤结构参数变化对耦合系数、串扰及模场面积的影响。研究表明,通过调整光纤的结构参数,可以充分利用光纤的横截面,有效降低纤芯间耦合,在保持低串扰(-30 d B以下)的前提下,实现较大的单芯有效面积(120~150μm2)。     

细芯光纤M-Z干涉传感器多参数测量研究

实验制备了基于细芯光纤(TCF)的马赫-曾德尔干 涉仪(MZI)并进行了多参数测量传感研究。 传感器采用两段单模光纤(SMF)进行腰椎放大连接细芯光纤,形成MZI结构。利用TCF与SMF 的纤芯直径不匹配,在第1个接点激发出包层模式,包层模在第2个接点耦合进纤芯与纤芯 模产生 干涉,利用干涉条纹的波长漂移实现对外界环境参量的测量。实验所用的TCF纤芯的掺Ge浓 度较高(约为38mol.%),相对折射率和热光系数较普通SMF大,所以在保证 适当的自由光谱范围(FSR) 的前提下,TCF的长可以减小到2mm,传感头尺寸较小,且传感结构对于温度的变化十分 敏感。 实验结果表明,在30～250℃的温度范围内,其温度灵敏度为70.2pm/℃,并具有较好的线 性响应度。测试了传感器对折射率、应变和弯曲的响应,获得的灵敏度分别为－8. 12nm/RIU、1.8pm/με和2.07nm/m－1。     

用于空分复用的模式复用技术研究

空分复用技术作为克服单模光纤通信系统容量局限的一种可能解决方案近年来受到日益广泛的重视,具有多种实现方案,例如采用多芯光纤、MIMO技术(Multiple-Input MultipleOutput)、基于多模光纤、空间光学元件的模式复用等。针对空分复用技术,分析了几种模式复用解决方案,阐述原理的同时,介绍了各方案的最新实验结果,最后对各种方案的特点进行了评述。     

计算机信号小型光纤传输系统的研制

光纤传输系统在计算机信号的防电磁干扰、防信息泄漏等方面具有重要作用,采用多芯光纤连接器、大芯径光纤、光窗型光电器件、表面安装技术(SMT)等实现了计算机中多路信号的小型化光纤传输,该系统达到了设计指标要求.     

多芯光纤构成的温度与折射率同时测量的光纤传感器

本文设计了一种“单模光纤－多模光纤－多芯光纤－多模光纤－单模光纤”的全光 纤 Mach-Zehnder干涉仪结构。在该结构中多模光纤充当耦合器,不同模式的光在多芯光纤中 传输时将 产生光程差,形成Mach-Zehnder干涉。当环境温度和折射率变化时,通过分析干涉仪透射 光谱中不 同谐振峰的漂移量,实现折射率与温度的测量。实验结果表明,传感器低温灵敏度最高达到 46.0 pm/℃, 高温灵敏度最高达到109.0 pm/℃,折射率灵敏度最高达到54.3 nm/RIU(RIU为折射率单位)。另外, 通过同时监测传感器透射谱的两个谐振峰值波长随环境温度和折射率的漂移情况,实现了环 境温度 与折射率的同时测量,不存在交叉敏感。该传感器结构简单、制作容易、重复性好、响应稳 定、具 有多路复用功能,在传感领域有广泛的应用前景。     

基于谐振耦合现象的三芯光子晶体光纤偏振分束器

设计了一种三芯光子晶体光纤(PCFs)偏振分柬器.利用光纤的谐振现象,实现了偏振状态的分离.当三芯光子晶体光纤中三个超模式的模式折射率满足一定条件时,将产生谐振现象.通过选择合适的光纤结构参数,可使某一偏振方向的光接近谐振条件,而另一偏振方向的光远离谐振条件.在光纤的输出端,由于耦合的程度不同,两个偏振光的功率集中在不同的纤芯区,从而达到分离偏振光的目的.应用有限元法(FEM)计算了三芯光子晶体光纤中的模式折射率,选择了合适的光纤结构参数.应用全矢量光束传播法(BPM)分析了这种光纤偏振分束器的性能.结果表明,在1.55 μm工作波长上,长度为1.039 mm的光纤即能实现偏振状态的隔离,隔离度达到-36.98 dB,隔离度<-11 dB的带宽可达到24 nm.     

纯二氧化硅芯光纤的损耗分析

分析了纯二氧化硅芯光纤的结构和性能之间的关系，并从制备纯二氧化硅芯光纤的工艺技术角度出发，讨论了如何降低纯二氧化硅芯光纤的损耗。通过对实际拉制的纯二氧化硅芯光纤的测试，证明了这种方法是具有明显效果的。     

纯石英芯掺氟玻璃包层光纤的数值孔径

纯石英芯掺氟玻璃包层光纤是一种新结构的大芯径光纤,纤芯材料是纯石英玻璃,包层材料是掺氟石英玻璃,由于氟杂质可以降低石英玻璃的折射率,故纤芯材料与低折射率的包层材料可以组成传光波导。国外是采用POD（等离子体外相沉积）技术生产这种光纤,我们采用的是国内首创的管棒熔融套装法,制成了相同结构的光纤,为了提高光纤的性能,我们对该光纤进行了低、高折射率双层涂料涂覆,在测试中发现光纤的数值孔径参数随着光纤测试样品涂覆长度的变化而变化,变化范围为0.1889～0.3152。     

多芯光纤光栅写入技术研究进展

为了进一步增加光纤通信容量,作为空分复用实现方案之一的多芯光纤技术吸引了人们越来越多的研究兴趣.与此同时,基于多芯光纤的各种新型有源、无源光器件也不断涌现.其中,多芯光纤光栅,由于结合了多芯光纤与光纤光栅的独特优势,为新型全光纤器件的设计和应用提供了多种可能,在光纤通信、光纤传感、光纤激光器等领域具有广泛的应用空间.本...     

千瓦级光纤激光器的研究进展

综述了目前高功率光纤激光器的的研究进展,以及高功率光纤激光器发展的关键技术。介绍了三种千瓦级光纤激光器,即任意形状光纤激光器、并行测向泵浦光纤激光器、包层象浦多纤芯光纤激光器,并且对这三种方式的工作原理和结构特点进行了阐述。     

基于模间干涉原理的全光纤马赫-曾德尔温度传感器

根据模间干涉原理提出了一种基于细芯光敏光纤的全光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构,并实验制作出纤芯错位的MZI。根据数值模拟对该模间干涉仪结构进行优化,获得了干涉仪的干涉谱消光比超过20 dB。通过对该传感器进行温度响应实验,分析并讨论了干涉长度及弯曲特性对其温度灵敏度的影响,最终获得的温度灵敏度达到116 pm/°C。     

用于大容量光传输系统的新型光纤

多媒体和数据应用程序的快速扩展,驱动骨干网的带宽需求量以前所未有的速率增长。骨干容量增长的同时也给数据中心的带宽和互联带来了更多的挑战。目前光纤制造厂商正不断改善光纤的性能,以满足长途和短距离应用的需求。短期内通过改进传统光纤技术虽然可增加系统容量,但研究表明,单模光纤的传输容量正快速接近香农理论极限。采用空分复用的光纤技术可以克服该限制,为未来的容量增长提供新的解决方案。在本文中,将讨论提高光纤传输系统容量的新型光纤。对应用于长途传输的常规光纤而言,先进的数字信号处理可对色散和偏振模色散等损伤进行完全补偿,因此光纤的衰减和有效面积成为可进一步优化的参数,讨论以上两个参数的品质因数,总结超低损耗和大有效面积光纤的最新研究成果。对于短距离应用,回顾提高多模光纤带宽的方法,讨论多模光纤的发展趋势。对于下一代光纤,重点研究可实现空分复用技术的多芯和少模光纤,该技术可增加系统容量一个数量级。阐述多芯和少模光纤的设计思路,总结该技术的最新进展,最后讨论使用多芯和少模光纤所面临的主要挑战。     

用于测量折射率的光纤迈克尔逊干涉型传感器

提出了一种基于单模光纤-四芯光纤-薄芯光纤(SMF-FCF-TCF)迈克尔逊干涉结构的折射率传感器。采用直接熔接的方式将各光纤进行熔接,由于各光纤之间纤芯的直径不匹配,因此在光纤的熔接处会发生光的激发和耦合。薄芯光纤端面涂覆有一层银面反射膜并用紫外固化胶进行保护来增强光在端面的反射率。四芯光纤作为传感结构中的耦合器,激发了更多的光进入薄芯光纤的包层中,提升了传感器的灵敏度。对传感器的折射率和温度传感特性分别进行了实验探究,实验结果表明,在折射率1.3333~1.3794范围内的灵敏度为137.317 nm/RIU,线性度为0.999,并且温度对传感器的影响较小。该传感结构熔接方式简单,在折射率测量领域具有一定的应用前景。