耦合型单模光纤传感器用于振动测量研究

讨论了一种以单模光纤耦合器的熔融区为敏感单元的耦合型单模光纤传感器。分析了该传感器的敏感机理,依据单模光纤耦合器耦合输出与耦合区长度和折射率的函数关系,提出该种传感器可实现振动测量。搭建了基于等强度悬臂梁的振动检测系统,通过与压电振动传感器的对比测试表明该传感器可更好地实现振动信号的测量,并分析了其振动响应特性。实验证明耦合型单模光纤传感器可以用于振动信号的测量。     

基于变分理论的单模光纤耦合器应变特性研究

根据单模光纤耦合器的输出功率的比值对耦合区长度变化敏感的特点,仔细分析了熔融拉锥型光纤耦合器的应变特性.选用螺旋测微仪对光纤耦合器的应变特性进行研究,避免了悬臂梁结构自重、梁的振动等不可控因素对测量结果的影响,有效提高了测量精度.和电阻应变片的对比实验证明,熔融拉锥式单模光纤耦合器不但具有应力敏感性,而且随应变呈线性单调变化,同时具有较好的温度稳定性和横向抗干扰性.     

基于双耦合器的平坦型全光纤波长交错滤波器

提出了由一个3×3 单模光纤耦合器和一个2×2单模光纤耦合器级联组成的波长交错滤波器,给出了其基本结构形式。将3×3耦合器中的两边两个输出端口连接在一起,中间端口为反射回路,形成一个3阶级联反射式Mach-Zehnder干涉仪,利用傅里叶级数展开的方法对其输出特性进行了分析。分析结果表明:组成滤波器的两个耦合器分光比和干涉臂的臂长差取一些定值时, 可得到输出波形通带平坦的波长交错滤波器,其输出稳定性和隔离度均得到了提高。与通常的3阶级联Mach-Zehnder干涉仪相比,耦合器数目减少,在实际制作时可以对耦合器的分光比和干涉臂臂长差进行准确监测和控制。     

全光纤MZI型三信道波长交错滤波器的改进

为改善全光纤三信道波长交错器的输出特性,提出了一种不对称结构的三光纤臂Mach-Zehnder干涉仪(A-MZI),这种光纤干涉仪由一个一字型3×3单模光纤耦合器和一个品字型3×3单模光纤耦合器以及三条光纤干涉臂组成,其中一字型3×3单模光纤耦合器作为输入耦合器,品字型3×3单模光纤耦合器作为输出耦合器。推导了该器件的输出表达式,并进行了数值模拟。模拟结果表明,与常规的全光纤MZI型三信道波长交错器(C-MZI)相比,本文提出的交错滤波器的信道间功率旁瓣降低了约13.6dB,并且具有对器件参数偏差不敏感等优点。用光纤熔融拉锥法实验制作了该器件,实验结果与理论分析吻合得很好,实验样品的信道间功率旁瓣值-34.6dB,插入损耗1.0dB,信道隔离度30dB。     

基于中心积分法的11维集成光波导芯片封装系统

研制了基于中心积分法的集成光波导芯片封装系统,该系统在空间11维上实现了光波导器件的位置调节,通过高精度对准和改进后的中心积分法快速准确地实现芯片对准。在单芯光纤-条波导-单芯光纤系统的封装测试实验中,端面耦合损耗的平均值为0.113 6 dB,单次耦合损耗的最大值＜0.13 dB,标准偏差＜0.02 dB,单次耦合时间＜2 min。在单芯光纤列阵-1×8波导分支耦合器-8芯光纤列阵的封装生产中,各通道插入损耗均＜10.5 dB,均匀性指标＜0.4 dB,单次耦合时间＜5 min。数据证明,该系统已完全达到商业化标准,具有良好效果和实用性。     

单模光纤耦合传感器的设计

以单模光纤耦合器的熔融区为传感元件的传感器是一种特殊和广泛应用前景的光学检测技术。本文分析了该传感器的敏感机理,依据单模光纤耦合传感器耦合输出是传感器耦合区长度和振动频率的函数关系,提出该种传感器可实现应变和振动检测。搭建了以微应变仪和等强度悬臂梁的应变和振动检测系统,设计了实验系统的每个单元,详细分析了耦合型光纤传感器的静态响应特性和温度、横向压力干扰影响,结果表明该类型传感器对应变的响应非常灵敏。通过与压电振动传感器的测试对比,得出该传感器可更好地实现低频和高频振动检测,并分析了其低频和高频的响应特性。耦合型光纤传感器耦合区材料、结构本身、制作工艺等因素将影响传感器的静、动态性能,面向实用化,需解决传感器存在的一些问题。     

非对称马赫-曾德尔干涉仪型不等带宽光学梳状滤波器

为提高光交错复用器系统带宽的有效利用率,满足系统中不同传输速率对带宽的要求,针对信道间隔为50 GHz的输入信号提出了新的非对称MZI型不等带宽光学梳状滤波器,研究了该系统的输出谱和制作方法。基于光纤传输理论分析了设计构成,给出了输出谱表达式及设计中所需要的实验参量。当滤波器的两对光纤干涉臂长度差相等,各耦合器的耦合系数选取适当时,该器件实现了奇偶信道上不等带宽输出,可分别用于10 Gb/s和40 Gb/s传输,信道间隔为0.8 nm,信道隔离度25 dB;分析还发现该器件对3个耦合器的耦合参数不敏感。实验表明:该器件不仅能实现不等带宽输出功能,在实际制作过程中还由于器件对耦合器的耦合参数要求不是十分严格而降低了器件实际制作难度,因此具有实用价值。     

锥形光纤在空间光通信耦合系统中的应用

为了提高自由空间光通信的接收端耦合效率,将锥形光纤应用于光耦合,依据BPM算法的仿真结果使用熔融拉锥法制备了满足低损传输条件的锥形光纤。在实验上研究了锥形光纤和双锥形光纤模场传输特性。通过静态空间光-光纤耦合实验,对比了多/单模熔接光纤和锥形光纤光耦合效率和传输效率的差异,并研究了以上两种光纤结构耦合效率的横向偏移量容差。结果表明,锥形光纤的传输效率约为70%,具有低损传输特性、用于匹配后端单模光电子器件的良好滤波特性以及相比普通光纤更高的横向偏移量容差特性,因此可以广泛应用于自由空间光通信接收端光耦合、模式转换器等方面。     

基于空间光耦合系统的芯片温度传感器

研究了一种硅光子芯片空间光耦合系统,简化了集成光子芯片用光纤阵列耦合的方式,通过将1 550 nm附近波段的光通过空间光学系统,经光栅耦合器垂直耦合进入集成光子芯片,经过波导与微环谐振腔实现光学传感,采用多模光纤收集出射能量,并进行温度传感测试。实验结果表明,用波长探测方式,得到自由光谱范围（FSR）为0.85 nm,Q值为16 321的环形谐振腔直通端透射谱线。在温度传感测试中,其灵敏度达到127 pm/℃。通过进一步对比测试表明,空间光耦合与光纤阵列光耦合只在插入损耗方面有所差距,耦合系统可得到较好的温度传感测试结果。空间光耦合具有更换传感器芯片便捷,容易实现多通道测试等优点。     

基于双芯光纤耦合器的高纯度涡旋光产生研究

为了实现全光纤化轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)模式产生系统,设计了一种基于标准单模光纤和环芯光纤的双芯光纤耦合器结构.基于模式匹配法和相位匹配原理,仿真计算了双芯光纤耦合区中轨道角动量模式光场及相位的变化.结果表明:当单模光纤中的光场耦合到环芯光纤时,会在环芯光纤中激发出多种高阶...     

Mallat算法的光学实现方法

现有的光学小波变换方法均基于连续小波变换,基于离散信号的小波变换算法（Mallat算法）的光学小波变换还没有出现,这阻碍了光学小波变换应用的发展。针对这一问题,分析利用光学4f系统实现Mallat算法的基本原理,提出Mallat算法的光学实现方法。针对空间光调制器只能实现非负的实函数,且CCD只能记录光的强度,给出一种应用于光学4f系统的光学小波滤波器的设计方法。使用该种光学小波滤波器,利用光学4f系统实现Mallat算法的小波分解部分,并通过数值计算实现Mallat算法的小波重构部分。仿真分析和光学实验结果验证了方法的正确性。     

自适应提升小波在往复机械故障检测中的应用

提出了一种基于信号特征的自适应提升小波方法,即以提升小波为基础,根据信号分解后的熵来选择预测滤波器系数和更新滤波器系数,它克服了传统小波变换的不足,和提升小波只能依据信号特征来设计预测滤波器,而不能设计更新滤波器的问题.该方法用于往复机械气阀的振动信号特征提取,有效地提取了气阀的故障特征信号.实验中采用不同的小波对信号进行降噪性能比较,自适应提升方法设计的小波明显优于实验室中采用的其它小波.     

基于Gabor小波的磨床微进给电控装置的设计与研究

设计了用于加工小口径非球面光学零件在磨床上实现脆性材料超精密磨削的微进给控制装置和基于Gabor小波的多通道滤波器。试验表明,在光学零件磨床上应用本装置对光学透镜进行磨削后,工作表面粗糙度可达Rα=0.02μm,能够满足小口径非球面光学零件精磨的技术指标要求。     

基于双微环结构的MZI型波长交错滤波器

为了改善全光纤马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer,MZI)的传输特性,提出了一种基于双微环辅助型的MZI交叉复用器。根据其结构,利用信号流图推导出了该器件的输出表达式,并进行了数值模拟分析,得到了传输过程中的最佳结构参数。此外,还分析了耦合器耦合系数及传输损耗对该器件的影响。结果表明,改进后的MZI交叉复用器输出谱线更加接近方波,其25 dB截止带带宽和0.5 dB通透带带宽明显改善,其值分别为41.2 GHz和18.9 GHz。器件具有一定的抗偏差能力且传输损耗对滤波器消光特性的影响较小。     

A quasioptical directional coupler on diffraction-coupled transmission lines

A circuit and principle of operation of directional couplers based on diffraction-coupled transmission lines, the emitting apertures of which are formed from periodic structures and dielectric waveguides, are described. The experimental studies of the coupler prototype in a 30- to 37-GHz band have shown that the coupling on spatial waves allows one to obtain transient attenuation values in a 3- to 20-dB interval at a ～30-dB directivity, this being roughly in conformity with similar characteristics of a coupler on dielectric waveguides. The main advantage of the described directional coupler is that it is possible to correct its characteristics over wide ranges by changing the distance between the emitting apertures.     

输入图像尺寸和伸缩因子对二维Morlet子波变换的影响

简述了二维光学子波变换理论,用计算机模拟方法研究了伸缩因子对子波变换的影响,发现伸缩因子过大会使变换后的图像的边缘变模糊。得出了合适的伸缩因子值,用计算机模拟和光学实现方法研究了输入图像尺寸对子波变换的影响,实验结果与计算机模拟相一致,认为合适的输入图像尺寸应保证输入图像的频谱范围与子波匹配滤波器的频谱范围相一致,才能使二维Morlet子波变换提取清晰的图像边缘特征。     

均匀B样条曲线多分辨率分析和实现

在研究多分辨率分析和均匀B样条小波的基础上,给出均匀B样条曲线的小波表示。为达到在闭区间进行小波分解的目的,采用对称延拓有限个数据点的方法,实现了基于滤波器形式的均匀B样条小波分解和重构的快速算法。     

基于2×2和3×3耦合器的级联马赫-曾德干涉仪型波长交错滤波器

针对全光纤级联Mach-Zehnder干涉仪型(CMZI)波长交错滤波器在实际制作过程中存在的问题,提出了由一个2×2和两个3×3 单模光纤耦合器级联组成的全光纤CMZI型波长交错滤波器并进行了分析。分析结果表明:组成滤波器干涉臂的第二对臂长差为第一对臂长差的偶数倍时,耦合器分光比取一些定值可得到输出波形通带平坦、阻带加宽、透射率形态近似于方波的波长交错滤波器。与通常的CMZI相比,最大的优点是在实际制作时可以对每个耦合器的分光比进行准确的监测和控制,大大降低了CMZI型波长交错滤波器的制作困难。最后进行了实验研究,实验所得结果与理论结果相吻合。