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。     

机械微弯长周期光纤光栅的制备及其光学特性研究

利用两个交替放置的周期性刻槽板对单模光纤（SMF）施力,形成了机械微弯长周期光纤光栅（LPFG）。实验研究了LPFG的偏振相关损耗（PDL）、刻槽板空间周期和压力等参数对透射谱的影响。结果表明,压力可改变LPFG的透射谱特性,最大损耗峰值可达24．6dB;在1551．9nm处,LP13包层模的最大PDL约为7．42dB...     

光纤定向耦合器的全光微分特性的研究

一个简单的光纤定向耦合器可以通过固定耦合斜率和耦合器的长度来设计。耦合系数和耦合器的长度在满足一定的条件下,光纤耦合器可以设计成一个一阶或者二阶光时间微分器。分析了光纤定向耦合器全光微分特性的工作机理,采用皮秒级高斯脉冲输入此光纤耦合器,通过数值仿真该双芯光纤耦合器,分析了其工作误差、工作带宽、能量效率。分析表明,光时间微分器的工作带宽与耦合器的长度和耦合斜率有关;在光时间微分器参数固定后,二阶光时间微分器的工作带宽大约是一阶的2.9倍。与较长的高斯脉冲相比,较短的高斯脉冲通过光纤耦合器,会有较高的能量效率,但同时会产生较大的误差。在实际应用中应根据具体情况设计不同的光时间微分器,来达到预期的目的。     

基于长周期光纤光栅的全光开关特性研究

基于长周期光纤光栅(LPFG)中脉冲演变遵循的非线性耦合模方程,用数值方法研究了LPFG中超短脉冲的非线性传输,得到了LPFG工作于谐振和非谐振情况下光开关的开关特性。发现在两种工作情况下,利用高阶超高斯脉冲都能够显著提高光开关的开关率,随着超高斯脉冲的阶数增加,光开关的开关率也将增加。     

机械可调谐的长周期光纤光栅的写制实验研究

深入研究了采用机械微弯法写制长周期光纤光栅(LPFG)的方案,进一步分析此方案中各种因素对LPFG特性的影响。写制的周期性凹槽板谐振波长变化率为17.7 nm/0.01 mm。当仅增加压力时,损耗峰值先增加,最大可调谐到16.248 dB。当压力过大时,损耗峰值减小。同时附加损耗随着压力增大而增加。而当压力一定时,损耗峰值随着周期性凹槽板的周期数目的增加而减小。研究结果有利于LPFG灵活运用于EDFA增益平坦和滤波应用等方面。     

强度解调的光纤光栅智能结构动态监测技术

将长周期光纤光栅(LPFG)粘贴于试件上构成光纤光栅型智能结构,研究了当试件受到垂直周期力载荷而发生弯曲并随之振动时LPFG的动态响应特性.利用光纤布拉格光栅(FBG)的反射特性获得确定波长处的窄带光作为LPFG的入射光源,通过对固定波长处的光功率探测,实现对试件从2～2 000 Hz范围内的振动监测.由实验采集到的振动信号时域波形及其频谱表明,基于弯曲的LPFG振动传感器具有很好的动态响应特性,其频谱与激振信号频率完全吻合,能够应用于智能材料与结构的健康监测.     

光纤光栅特性及其在光纤通信中的应用

介绍了光纤光栅的光学特性，并对应用于光纤通信系统中的高性能光纤光栅器件，例如波分复用／解支用器、激光器、DFB激光器、滤波器、色散补偿器、超窄光脉冲产生器等的原理及应用进行了阐述。     

一种新的灵敏度可调谐FBG解凋技术

实验研究了一种基于机械微应变引入长周期光纤光栅(LPFG)的灵敏度可调谐的光纤布拉格光栅(FBG)应变传感系统.利用机械线加工技术设计了周期性压力槽,通过螺旋微位移结构定量推进弹簧进而对光纤施加径向压力,写制出谐振峰值可调谐的LPFG.紫外激光写入技术制作的FBG的波长位于LPFG的谐振边带范围内时,利用该LPFG作为透射滤波器实现了一种新的灵敏度可调谐FBG应变传感系统.实验分析了施加在LPFG上的压力由20 N调节至60 N时对FBG施加O～3000με的灵敏度可调谐传感实验结果,FBG传感系统光功率变化率由0.802 nW/με增加到1.204 nW/με.     

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.     

用于产生ps量级双脉冲的光纤光栅

设计了一种用于ps级单脉冲变换到双脉冲的光纤光栅(FBG)。依据傅立叶光学理论,数值模拟了光脉冲经不同强度光栅反射后的输出光脉冲的特性,随着光栅强度的增加,输出脉冲间的强度差别变大,但输出光脉冲具有与输入光脉冲相同的谱形和脉宽。设计出的FBG折射率调制函数是sinc函数的叠加。当FBG是弱光栅满足一阶波恩近似时,光脉冲经光栅反射后的输出双脉冲具有相同的强度,且谱形和脉宽与输入脉冲相同。在强光栅情况下,改变光栅折射率调制sinc函数的相对强度,仍然可以使输出双脉冲具有相同的强度。     

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。     

基于镀铜长周期FBG的波长可调谐环形光纤激光器

将采用化学镀铜膜技术封装的长周期光纤光栅（LPFG）串人环形腔中,设计了一种新颖的波长可调谐掺Er3＋光纤激光器（EDFL）。铜镀膜（化学涂镀）的LPFG在激光器环腔中用作带阻滤波器,利用恒电流源调节LPFG所处温度场,影响LPFG透射谱,改变激光器环形腔增益最高点,实现输出激光波长的可调谐。在LPFG环境温度调谐20...     

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。     

半腐蚀长周期光纤光栅光谱特性研究

基于长周期光纤光栅(LPFG)包层有效折射率与包层半径的良好相关性,提出一种半腐蚀长周期光纤光栅的新颖设计。将一根长周期光纤光栅分成等长的两部分,用HF酸腐蚀其中的一半区域,此时整根LPFG可看成具有不同谐振波长的两个半长度LPFG的级联。利用传输矩阵方法和三层介质光纤模型的色散方程分析了该种LPFG的光谱特性:随着腐蚀段包层半径的减小,两个分裂峰谐振波长之间距离增大,且模式越高间距越大。同时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±8.9με和1.4℃。因此半腐蚀LPFG传感器可为解决LPFG交叉敏感问题提供有效方法。     

级联长周期光纤光栅的温度特性研究

对级联长周期光纤光栅(C-LPFG)的温度敏感特性进行了理论和实验研究。讨论了C-LPFG的谐振波长温度灵敏度与包层模的阶次、光纤光栅周期的关系,进行了20～80℃温度传感实验,实验结果表明,谐振波长与温度成线性响应,升降温数据的重复性比较好,测得其谐振波长温度灵敏度为0.250 1nm/℃、而相同参数的LPFG所测得的谐振波长温度灵敏度为0.131nm/℃。表明,C-LPFG的温度灵敏度远高于同样参数的LPFG。     

截面折变非对称型长周期光栅高温应变特性

研究了基于高频CO_2激光脉冲单侧写入的截面折变非对称型长周期光纤光栅(LPFG)高温特性及其在高温环境中的轴向应变特性。理论和实验表明在200～1000℃之间长周期光纤光栅的谐振峰漂移呈线性趋势;同时,在高温环境中其谐振峰随轴向应变也呈线性漂移,且不同谐振峰的温度和应变灵敏度也不同。利用这种新型长周期光纤光栅独特的高温应变特性可用一根光纤光栅实现对高温和应变的同时测量。     

长周期光纤光栅三层结构折射率梯度响应特性研究

基于模式耦合理论和传输矩阵法,使用三层结构圆光波导模型对长周期光纤光栅(LPFG)包层模(HE14)的响应特性进行仿真和分析。通过对比分析外部环境折射率呈梯度分布时与呈均匀分布时的LPFG透射谱,发现谱线中除了损耗峰发生漂移以外,主峰左侧旁瓣深度增加,主峰右侧旁瓣深度减小,且随外部环境折射率的升高,这种变化趋势愈加明显,分析了透射谱发生相应变化的原因。研究结果对使用LPFG进行折射率梯度传感设计具有一定意义。     

传输矩阵法求解长短周期级联光纤光栅传输谱

基于光纤光栅的模式耦合理论,用传输矩阵法对长短周期级联光纤光栅的传输谱特性进行分析。先由耦合模方程分别得到长周期光纤光栅(LPFG)、连接光纤段和短周期光纤光栅(FBG)的传输矩阵,然后将它们相乘得到总的传输矩阵,最后再结合边界条件求得长短周期级联光纤光栅(CLBG)的传输谱。进一步对CLBG的传输谱进行了数值模拟,并通过实验进行了验证。实验结果表明,CLBG的传输谱中出现了由纤芯模和包层模耦合形成的两个谐振峰,与模拟计算的结果一致,证明了传输矩阵法求解CLBG传输谱的可行性,为CLBG在多参量传感和测量领域的广泛应用提供了理论支持。     

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.