积分法求解长周期光纤光栅透射谱研究

基于光纤光栅的模式耦合理论,用德拜势能法对纤芯、包层内的电磁场进行矢量分析,得到纤芯及各包层中的各矢量场分量的表达式,求解出纤芯和包层模的耦合常数和有效折射率后,利用数值积分的方法通过求解耦合模方程得到光纤光栅的透射率。积分法是一种较为精确的求解透射谱方法,为长周期光纤光栅的优化设计和其在光纤通信、光纤传感领域的高精度测量提供理论依据。     

积分法求解长周期光纤光栅透射谱研究

基于光纤光栅的模式耦合理论,用德拜势能法对纤芯、包层内的电磁场进行矢量分析,得到纤芯及各包层中的各矢量场分量的表达式,求解出纤芯和包层模的耦合常数和有效折射率后,利用数值积分的方法通过求解耦合模方程得到光纤光栅的透射率。积分法是一种较为精确的求解透射谱方法,为长周期光纤光栅的优化设计和其在光纤通信、光纤传感领域的高精度测量提供理论依据。     

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。     

环境折射率对长周期光纤光栅谐振波长的影响

长周期光纤光栅是近几年出现的新型光纤器件,表现为前向传播的纤芯导模与同向传播的各阶次包层模在特定波长时的模式耦合,因此它在温度、应变、折射率传感方面比普通的光纤光栅有更大的优越性.运用耦合模理论,首先讨论了长周期光纤光栅的谐振波长,并模拟了其透射谱.其次在理论上详细分析了长周期光纤光栅对环境折射率的敏感特性,讨论了环境折射率敏感度因子与包层模次数的关系,并比较了不同环境折射率下的灵敏度.最后模拟了在环境折射率小于光栅包层折射率的情况下,谐振波长随环境折射率变化的规律.     

用单一倾斜光纤光栅实现曲率和温度的同时测量

基于单个倾斜光纤光栅(TFBG)提出了一种实现双参量曲率和温度同时测量的方法.研究发现,当弯曲方向与光栅栅面成一定角度时,倾斜光纤光栅的纤芯模偕振波长对弯曲不敏感而随外界温度变化线性漂移;低阶包层模谐振峰透射功率随曲率的增加而线性减小且对温度变化不敏感.由此特性提出了用单个倾斜光纤光栅的纤芯模谐振波长和低阶包层模谐振峰透射功率,分别实现对两个参量温度和曲率进行同时独立测量的传感器设计方案,该方法有望解决光纤光栅在测量中存在的温度和弯曲之间的交叉敏感问题.     

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.     

LPFG包层模对环境折射率的灵敏度分析

从理论和实验两个方面分析了长周期光纤光栅（LPFG）前3阶包层模的透射谱特性与光栅外包层厚度间的关系。LPFG的谐振波长漂移范围随着其外包层厚度的减小而扩大,同时,高阶耦合模LP04模的谐振波长漂移强于低阶模。研究表明,通过设计光纤光栅结构能改善其各阶包层模谐振峰对环境折射率的灵敏度。     

基于掺铒光纤的长周期光纤光栅滤波器的研究

研究了基于掺铒光纤的长周期光纤光栅的纤芯基模、包层模式的有效折射率随波长的变化关系,及两者之间耦合后的透射谱线.结果表明,直接在掺铒光纤上制作长周期光纤光栅与其他光纤相比同样可以达到滤波效果,并且同种类型光纤之间的熔接耦合损耗要小于不同种光纤之间的熔接耦合损耗.     

旋转折变型长周期光纤光栅实现应变和温度的同时测量

提出一种基于旋转折变型长周期光纤光栅(R-LPFG)实现应变和温度同时测量的新方法.旋转折变型长周期光纤光栅是利用高频CO2激光在扭曲的普通单模通信光纤上制作的.这种特殊折变结构实现了纤芯基模与非对称包层模L1k奇模和偶模的同时耦合,从而导致R-LPFG的谐振峰发生分裂.通过对这种光栅的应变和温度特性进行实验研究发现,当对它施加轴向应力时,其传输谱的两个谐振峰会向不同方向漂移;而当外界温度改变时,两个峰则会向同一方向漂移且波长漂移灵敏度几乎相同,大约为0.07 nm/℃.     

基于单一倾斜光纤光栅的温度应变同时测量

利用光纤光栅分析软件OptiGrating对倾斜光纤光 栅温度与应变传感进行系统的理论仿真,研究发 现,温度、应变的变化都可以引起倾斜光纤光栅的纤芯模和包层模谐振峰的漂移,而且温度 和应变对纤芯 模与包层模的影响是各不相同的。利用倾斜光纤光栅这一特性,提出了一种基于单一倾斜光 纤光栅的温度 与应变同时测量的传感系统,并通过实验进行了验证。在实验中,光电探测器可以将倾斜光纤 光栅的波长的 漂移转换成电压的变化,由此得到了倾斜光纤光栅只受温度变化时,随着温度的变化,示波 器测到其纤芯 模与包层模的电压(峰—峰值)的变化呈线性变化,其斜率分别为0.063mV/℃和0.001mV/ ℃;其只受 应变变化时,随着应变的变化,示波器测到其纤芯模与包层模的电压(峰—峰值)的变化也 呈线性变化, 其斜率分别为0.009mV/με, 0.001mV/με。研究结果将对倾斜光纤光栅的传感应用具 有一定的指导意义。     

Dispersion Properties in Total Internal Reflective Photonic Crystal Fiber

The dispersion properties in the short wavelength region of total internal reflective photonic crystal fiber have been studied by using the models of the equivalent twin waveguide soliton coupling, effective refractive index，effective normalized frequency and dispersion management solitons. It is shown that the dispersion in the cladding waveguide of the total internal reflective photonic crystal fiber is a positive dispersion，and the dispersion of its core waveguide is a negative dispersion. The method of the compensated probing laser diffraction by the phase hole induced by the stationary pumping laser in the cladding waveguide enables the average dispersion value of the total internal reflective photonic crystal fiber to be close to zero and the zero dispersion point to shift to the short wavelength region.     

应用等效折射率模型研究光子晶体光纤

应用等效折射率模型研究了光子晶体光纤(PCF)的传播特性.介绍了光子晶体光纤的等效折射率模型.通过求解标量波动方程得到了光子晶体光纤包层基空间填充模的模式折射率,利用阶跃光纤的理论来研究光子晶体光纤的导模特性.应用此模型对不同结构光子晶体光纤包层区的等效折射率与波长的关系进行了讨论.包层区等效折射率与芯子的折射率差随波长的增加而增大,并由此阐述了光子晶体光纤的单模特性.数值分析得到光子晶体光纤的基模的模式折射率,并由此研究了光子晶体光纤的波导色散与结构参量的关系.分析表明,光子晶体光纤的波导色散随空气孔孔距的变化符合Maxwell方程的比例性质.空气孔的相对孔径对波导色散有重要的影响.这些分析表明光子晶体光纤具有可以灵活设计其色散特性的潜在应用前景.     

双包层手征光纤的色散特性

在对双包层手征光纤(W型)进行解析求解的基础上，用数值计算方法研究了纤芯和内外包层的手征参数和内包层厚度对模式色散特性的影响，给出了双包层手征光纤中基模的归一化传播常数b、群延迟d(Vb)／dV和波导色散Vd2(V6)／dV2随纤芯和内外包层的手征参数和内包层厚度的变化关系曲线。结果表明在双包层光纤的纤芯和内外包层中引入手征，可以极大地改变光纤中基模的色散特性，特别是内包层厚度不同时，色散特性也极为不同．     

Dispersion Properties of TIRPCF under Compton Scattering

The dispersion properties in the short wavelength region of total internal reflective photonic crystal fiber（TIRPCF） in Compton scattering have been studied by using the model of the equivalent twin waveguide soliton coupling, dispersion management solitons and effective refractive index. It is shown that the positive dispersion of the cladding waveguide of TIRPCF and the negative dispersion of its core waveguide are quickly increased by the square of the collision non-elastic composition between the electron and photons, and they are lessened by the increase of the electron absorption photon number. Under the one-photon nonlinear Compton scattering, the method of the compensated probing laser diffraction by the phase hole induced by the stationary pumping laser in the cladding waveguide enables the average dispersion value of TIRPCF to be close to zero, and the zero dispersion point quickly shifts to the short wavelength region.     

近红外谱域显微干涉仪的位移传感特性研究

为研究近红外谱域显微干涉仪在近红外波段的位移传感特性,分析了条纹载频对位移量提取的影响,建立了测量光谱中心波长与干涉仪位移传感范围之间关系公式,讨论了光源可见光分量对近红外光栅光谱仪所记录条纹的串扰现象并提出抑制方法。构建近红外迈克尔逊型谱域显微干涉实验系统,单次测量位移量传感精度优于0.02 m。测量标准台阶板的台阶高度（其标称值为7.732 m）,测量偏差为0.044 m。采用近红外谱域显微干涉装置,无需轴向扫描即可实现位移量测量,将光谱仪记录的谱域干涉信号转换为随波数线性变化信号处理能有效提高位移传感精度,增大中心波长能够有效提高位移传感范围,在系统中加入短波截止滤光片则能有效抑制可见光分量对近红外光谱域条纹造成的串扰。     

Linearly Single Polarization Fibers with Zero Polarization Mode Dispersion

The optimum waveguide structure for linearly single polarization fibers, which satisfies the large modal birefringence and the zero polarization mode dispersion simultaneously, has been investigated. The basic waveguide structure is the single-mode optical fiber that has an elliptical core and stress-applying parts with a different expansion coefficient from that of the cladding. Waveguide parameters, such as index difference, core ellipticity, and cutoff wavelength, are first determined to obtain highly birefringent fibers with B = 1 X 10/sup -5/ or B = 5 X 10/sup -5/. The structure of the stress-applying parts that provides zero polarization mode dispersion is then determined.     

硅基纳米波导的双模干涉

硅基(SOI)波导是近年集成光电子和集成波导的重要方向。对硅基纳米波导进行数值计算,讨论了空气包层和SiO2包层两种情况的双模传输特性,得到两种包层结构的双模工作区域和双模拍长与波导结构的关系。研究了SOI纳米波导中双模干涉现象以及双折射和温度对双模干涉的影响。     

接近于零色散的色散平坦光子晶体光纤的数值模拟与分析

基于标量近似理论利用有效折射率方法对低空气填充率的光子晶体光纤 (PCF)的色散特性进行了数值模拟。发现通过调节光纤包层的空气穴节距或空气穴大小可以有效地调节光子晶体光纤的色散特性 ,可以实现光子晶体光纤零色散波长向短波方向 (小于石英材料的零色散波长 1 2 7μm)移动 ,甚至在光通信波段出现两个零色散波长 ;可以设计在光通信波段接近于零色散的色散平坦光子晶体光纤 ,其色散系数D的绝对值在 1 2～ 1 7μm波长范围小于 2 0 ps·km-1·nm-1,其色散斜率D′的绝对值小于 0 0 2 ps·km-1·nm-2 。     

高非线性色散平坦微结构光纤的研究

利用矢量等效折射率法计算了空气孔间距和包层空气填充率对微结构光纤的非线性系数以及结构色散的影响,通过计算发现孔间距对结构色散曲线的走向起决定性作用,而包层空气填充率的影响主要是使得结构色散大小和位置发生变化,同时减小孔间距以及增大包层空气填充率都会提高非线性系数,最终设计出了几种不同特性的800nm处色散平垣高非线性微结构光纤。     

基于周期压力单模光纤长周期光栅的折射率传感特性研究

利用交替放置的两个相同周期性刻槽板,对放置于套管中的单模裸纤和待测媒质施力,形成了具有复合光波导结构的长周期光纤光栅(LPFG)。实验研究了不同折射率待测媒质对LPFG传输谱的影响。结果表明:复合波导光栅的光谱呈现双谐振峰现象,且中心谐振波长随待测媒质折射率增大向短波长方向移动;包层模阶次越高,其中心谐振波长移动量越大。当折射率从1.33变化到1.43时,LP14包层模的中心谐振波长变化了7.2nm,所对应的传感器折射率灵敏度约为2.78×10-4 RIU。