单模光纤照射反射式光纤位移传感实验系统

针对传统RIM-FOS中LED耦合多模光纤作为照明光纤灵敏度低的不足,引入了LD耦合单模光纤作为照明光纤的RIM-FOS光强调制模型并设计了LD耦合单模光纤作为照明的RIM-FOS位移传感实验系统。实验系统由激光器模块、光学单元、光电探测单元、信号检测与信息采集单元、FPGA控制模块、上位机系统和电源模块等组成。归一化实验结果验证了仿真模型的正确性,并得出RIM-FOS前坡灵敏度3.15 mV/m,线性测量范围为380 m;后坡灵敏度为0.76 mV/m,线性测量范围为690 m的性能指标。实验表明:该实验系统具有较好稳定性和重复性,可应用于单模光纤照射的RIM-FOS更深一步的研究。     

夹角式强度反射型光纤声传感器

介绍了一种基于反射式强度型光纤传感原理的光纤声传感器,该传感器通过光纤模块将发射光纤和接收光纤的夹角固定为60°,同时采用基于微加工技术制作的反射振动膜片敏感声音信号并调制光信号强度.建立了该传感器的理论模型,并通过仿真和实验分析得到系统的最佳工作距离为8 μm,灵敏度为2.49 μW/μm.实验测试结果表明,该声传感器样机对声音的探测灵敏度为30 mV/Pa,同时给出了样机的频率响应及线性度测试结果.     

基于细芯光纤内嵌马赫曾德尔干涉仪的应变传感器

研究了基于细芯光纤内嵌马赫曾德尔干涉仪的光纤应变传感器,通过将一根细芯光纤熔接在两根单模光纤(SMF)之间,构成了一种光纤内干涉的马赫曾德尔干涉仪。当单模光纤中的光耦合进细芯光纤时,一部分光耦合进细芯光纤纤芯作为芯模传输,另一部分光耦合进细芯光纤包层中激发出包层模沿包层传输,当芯模和包层模再耦合进单模光纤时发生干涉。当应变作用在细芯光纤上时,干涉条纹发生漂移。通过解调干涉条纹对应变的漂移量实现应变测量,在0~2000 με的测量范围下,测得的应变灵敏度为-1.83 pm/με,并且实验结果与理论分析有很好的一致性。该传感器具有体积小、制作简单、灵敏度高等优点。     

利用LD自混合干涉的光纤Fabry-Perot传感器

提出了基于半导体激光器(LD)自混合干涉原理的光纤Fabry-Perot(F-P)传感器。采用F-P腔模型推导出了LD输出功率、频率与外部光纤F-P腔长变化的理论关系式,分析讨论了这种传感器的分辨率、测量范围、线性度、灵敏度等特性。实验结果与理论分析基本吻合。与现有的外腔式F-P干涉光纤传感器相比,LD自混合干涉光纤F-P传感器具有结构简单、紧凑、易准直等优点。     

基于强度解调的低成本光纤悬臂式加速度计

该文研究了一种基于强度解调的低成本光纤悬臂式加速度计。该加速度计由接收光纤、发射光纤、陶瓷插芯和陶瓷套管组成,接收光纤和发射光纤均为单模光纤(SMF)。对该加速度计的灵敏度进行理论分析并制作了一个光学加速度计,搭建了实验系统。实验结果表明,在工作频带30~1 000 Hz,该加速度计具有71.5 mV/g(g=9.8 m/s²)的灵敏度和良好的相频特性。     

974nm半导体激光器的光纤耦合研究

根据半导体激光器和单模光纤模场分布特点,用模式耦合理论研究了单模光纤与半导体激光器的耦合,结果表明将光纤端面制作成楔形微透镜可以使光纤与半导体激光器的耦合满足模场匹配和相位匹配的要求。用遗传算法对楔形光纤微透镜参数进行优化,得到楔角为88°,柱透镜半径为3.44μm,耦合距离为6.13μm时耦合效率达到最佳值,用Zemax光学仿真软件对耦合模型进行仿真,得到耦合效率为88.9%,耦合好的模块经激光点焊及高低温环境测试后,得到最大耦合效率为81.36%。实验结果与仿真结果相差不大,耦合输出功率满足了作为光纤激光器种子源的功率要求。     

空芯光纤多模干涉型光纤液位传感技术研究

为了测量液位高度变化,采用基于空芯光纤多模干涉效应的方法,研究了在外界介质影响下光源在空芯光纤中多模干涉所产生的干涉谱的变化,进行了基于空芯光纤中多模干涉效应的液位传感实验,研究了该液位传感器的干涉谱与液位变化的关系以及不同折射率液体对测量结果的影响,并分析了实验误差。结果表明,该光纤液位传感器的液位测量范围为0mm~55mm、液体折射率为1.33和1.35时,液位测量灵敏度分别为0.180nm/mm和0.224nm/mm。使用单模-空芯-单模结构的传感器进行液位变化测量是较为精准与可行的。     

透镜光纤在光耦合中的应用研究

介绍了研磨抛光型、蚀刻型和熔拉型透镜光纤的原理和制作工艺,分析了各种透镜光纤在单模光纤与激光二极管(LD)、光开关、DWDM等波导芯片耦合中的作用和意义,详细讨论了楔形和锥形透镜光纤与LD耦合原理、插入损耗以及如何增大耦合容差,对有源器件和单模光纤的调节耦合和封装具有指导作用。     

多模与单模光纤级联系统对激光束的传输

分析了激光束在光纤中的非线性传输损耗,理论上证明了受激布里渊散射(SBS)是光纤传输能力的主要限制因素;实验上在532nm波段对长度为5m,纤芯半径为1.75μm,数值孔径(NA)为0.11的单模光纤的传输能力进行了测定,结果与理论一致。采用模场耦合理论,推导出多模光纤与单模光纤的直接耦合效率表达式,计算得到耦合效率与所选用的多模光纤和单模光纤的纤芯芯径之间的模拟关系。激光器输出波长为532nm;多模光纤的数值孔径为0.11,纤芯半径为12.5μm;单模光纤的数值孔径为0.11,纤芯半径为1.75μm,实验结果与理论基本吻合。根据理论和实验结果,设计出多模光纤与单模光纤混合传输方案,在柔性传输较高激光功率的同时可以得到高光束质量。     

基于空芯光子晶体光纤的法-珀干涉式高温应变传感器

基于空芯光子晶体光纤(HCPCF)耐高温、温度稳定性好的特性,对利用空芯光子晶体光纤与两根普通单模光纤通过熔接构成的微小型光纤法布里-珀罗(F-P)干涉仪进行了高温应变特性实验研究.结果表明,在100～700℃温度范围内,HCPCF F-P具有较好的温度稳定性,并测得600℃的温度下其应变测量的灵敏度约为5.94 nm/με,线性度约为0.9997,温度对应变灵敏度的最大影响约1.5%,测量精度约0.08%FS.理论和实验结果表明高温下HCPCF F-P具有温度灵敏度较低,应变灵敏度较高,温度对应变灵敏度的交叉影响小,线性度和重复性好,且没有迟滞现象以及应变测量范围大等优点.     

基于侧面抛磨锗芯光纤的折射率传感器

通过抛磨单模-多模-单模(Single mode-Multimode-Single mode,SMS)光纤结构,设计制作一种光纤折射率传感器。多模光纤选用的是纤芯直径为16μm的锗芯光纤,纤芯直径较小,使制作的传感器尺寸较小,从而在传感应用中具有较高的样品利用率。单模光纤纤芯直径为8.4μm,可确保抛磨至多模光纤纤芯附近时单模光纤的纤芯不被破坏。SMS被AB胶固定在玻璃槽内,使得侧面抛磨光纤具有很好的鲁棒性,可重复使用性。制备并侧面抛磨了锗芯光纤长度分别为0μm、23μm、70μm、690μm、2 mm的SMS光纤结构。对产生的传输光谱进行测量,发现前4个样品随着周围环境折射率的增加,谐振波长向长波长处偏移;而前3个样品的折射率测量灵敏度随着锗芯光纤长度的增加而提高。当锗芯光纤长度为70μm时,在1.333~1.367折射率区间内,灵敏度可以达到623.5 nm/RIU。然而,过长的锗芯光纤导致折射率测量灵敏度降低。当锗芯光纤长度为2 mm时,抛磨过程中激发产生了包层模,导致传输光谱复杂、不稳定,而且长波处产生了较大的插入损耗。     

基于保偏光子晶体光纤的高灵敏度曲率传感器

为了能高精度测量小曲率,采用单模-鼓包-保偏光子晶体光纤-多模-单模光纤组成的结构,其中多模光纤和单模光纤之间错位熔接。通过理论分析和实验验证得到在0.04582m-1~0.054776m-1及0.054776m-1~0.06929m-1曲率范围内,谐振波长漂移与曲率变化之间分别存在着线性关系。结果表明,该曲率传感器灵敏度值分别为93.95nm/m-1和30.89nm/m-1,可以应用于健康监测等需要测量小曲率的场合。     

Littman光栅外腔可调谐Yb3+双包层光纤激光器

本文对LD泵浦的光栅外腔可调谐双包层Yb3 光纤激光器进行了实验研究．采用Littman外腔结构，研究了Yb3 光纤激光器的调谐特性．输出激光调谐范围42nm，谱线宽度0．08nm，最大输出功率达到了460mW，斜率效率约30％．并对其输出光功率随波长的变化进行了观测和分析．     

用光线追迹法计算半锥形多模光纤的耦合效率

为了计算半锥形多模光纤和半导体激光器的耦合效率,并分析影响耦合效率的因素,在考虑光线在锥面上多次反射、反射损耗、透射损耗以及波导的耦合条件的情况下,采用改进后的光线追迹法计算了不同锥角或不同锥长、以及两者发生相对平移或倾斜的情况下,无包层半锥形多模光纤和半导体激光器之间的耦合效率.模拟结果表明,当半锥宽度取适当值时,锥角对耦合效率的影响弱化了;耦合效率对相对平移比较敏感,而对相对倾斜有着很高的冗余度.这对实际工作中提高耦合效率具有指导意义.     

基于纤芯失配多模干涉的光纤折射率传感器

基于多模干涉效应的单模-多模-单模(SMS)结构光纤折射率传感器通常需要进行包层腐蚀来提高灵敏度,而且易受环境温度影响。为克服SMS结构的这些不足,提出了一种新型的基于纤芯失配多模干涉的光纤折射率传感器,由单模光纤-色散补偿光纤-单模光纤(SMF-DCF-SMF)级联光纤布拉格光栅(FBG)构成,长度不超过100mm。对其灵敏度、线性范围和温度特性等进行了测试,实验结果显示在测量折射率为1.33～1.39的折射率液时,特征波长与折射率呈线性关系,灵敏度为232.8nm,级联的FBG具有良好的温度校准功能。     

高灵敏度多模干涉-异质无芯光纤折射率传感器

基于多模干涉理论和自映像效应,设计了一种高灵敏度多模干涉-异质无芯(SNS)光纤折射率传感器。利用纤芯失配在包层激发的高阶模与无芯光纤中产生的基模耦合产生多模干涉来实现其对折射率的传感测量。应用波束传播法(BPM)数值模拟了传感器在不同折射率条件下光的透射谱,讨论了无芯光纤的长度及外部环境折射率等参数对传感器性能的影响。通过无芯光纤SNS结构传感器的样品制备,测试了多组不同浓度蔗糖溶液下的透射谱,实验结果与数值模拟结果一致。结果表明:在折射率1.330~1.419范围内,透射谷的波长灵敏度达到189nm/RIU,透射率灵敏度达到-40%/RIU。     

大功率激光二极管高亮度、高功率密度光纤耦合

将条宽为100μm,有源区厚度为1μm的大功率激光二极管(LD)的输出光束高效地耦合到芯径是50μm的多模光纤中,得到了高亮度、高功率密度的光纤输出.功率密度高达3.6×104W/cm2,耦合效率为70%.LD输出光束的发散角较大并且存在较大的像散,因此耦合系统中需要结构复杂、性能可靠的微透镜.采用在一个玻璃衬底上,具有两个不同曲率半径的双曲面透镜实现LD与多模光纤的耦合.     

基于长周期光纤光栅线性边缘滤波的地震波解调系统

设计一种针对地震波信号的解调系统,讨论了长周期光纤光栅（LPFG）制作时参数的控制方法,选用边缘特性良好的LPFG做线性边缘滤波器,在1 550.35~1 553.14 nm间具有0.998 96的线性拟合度,功率灵敏度达1.692 dBm/nm。在信号处理中,采用参考光路与滤波光路比较,消除本底信号的影响;利用Lab...     

大功率固体激光器高效率光纤耦合

光束质量参数对大功率固体激光器光纤耦合系统的设计起着关键作用。大功率固体激光器输出的为多模激光束,引入等效基模光束来计算多模激光束的光束质量是一种有效的方法,并定义包含光斑能量98%的光斑半径为束宽,以此计算多模激光束的光束质量,是准确有效的。结合大功率固体激光器的光纤耦合原理和光束变换理论设计了高效耦合系统,并对系统内透镜的通光孔径及焦距等参量做了数值优化。实验证明,此光纤耦合系统能够进行大功率固体激光高效率耦合,成功地实现了输入功率为2000W时,耦合效率大于94%的激光输出,并给出了光纤耦合的效率曲线及分析。