用于高速光纤通信PMD补偿的光偏振度检测

光偏振度(DOP)可以作为偏振模色散(PMD)补偿的反馈控制信号.利用准单色光的Jones矩阵和偏振度(DOP)的定义与斯托克斯参数之间的关系,给出了光纤中光在快慢轴之间两光场分量之间的归一化相关函数的表示式,推导了DOP与差分群延迟(DGD)的数学关系,以及与光信号脉冲宽度之间的关系.给出了当脉冲波形函数为高斯脉冲时的DOP表示式和任意光脉冲形状下的表达式,计算了在不同高斯脉冲宽度下DOP随DGD变化的关系曲线.利用光偏振检测模块测量光的斯托克斯参数和和模块提供的参数校正矩阵计算得到信号的光偏振度,实验测量了10Gbit/s伪随机序列在归零码(RZ)和非归零(NRZ)的DOP随DGD变化的曲线.     

光纤傅里叶变换光谱术在光纤光栅传感解调中的应用

介绍了光纤Mach-Zehnder干涉仪的基本原理和光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)的结构;基于光纤Mach-Zehnder干涉仪,采用傅里叶变换光谱算法对光纤Bragg光栅传感器的波长进行了解调。宽带光源发出的光经过光纤耦合器进入光纤Bragg光栅,其反射光由耦合器返回进入到FFTS中进行测量,FFTS的最高光谱分辨率达到0.05 cm-1,即在近红外1 550 nm波长处分辨率为0.012 nm。分别对光纤Bragg光栅的应变特性和温度特性进行了测量。测量显示:光纤Bragg光栅的应变灵敏度为0.833 pm/με,温度灵敏度为19.78 pm/℃。得到的结果表明FFTS系统具有高分辨率、大测量范围的特点,可满足光纤Bragg光栅传感器波长解调的需求。     

基于光子晶体光纤参量振荡器的CARS成像光源研究

研究了一种基于光子晶体光纤参量振荡器的相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)成像光源。该光源采用中心波长为1 030nm的皮秒光纤激光器作为泵浦源,以无截止单模光子晶体光纤作为参量增益,通过搭建光参量振荡器,实现平均功率为10mW的参量激光输出。在色散滤波效应的作用下,该光源输出波长可实现连续可调,调谐范围为782～793nm,对应的波数覆盖范围为2 901～3 078cm-1。该光源产生的两束激光脉冲可实现空间自同步、时间自重合,用于CARS成像测量时,无需空间、时间对准,有望推动CARS成像光源向全光纤化、小型化的方向发展。     

基于特征吸收波长板的色散型高光谱传感器光谱定标技术

高光谱传感器的光谱定标是实现高光谱遥感定量化的关键。为了克服传统的基于单色仪扫描的光谱定标方法存在的设备昂贵、耗时等缺点,实现色散型高光谱传感器在野外或飞行中的实时、高精度定标,提出了一种基于特征吸收波长板的色散型高光谱传感器系统级光谱定标方法。分别对特征吸收波长板和漫反射参照体反射信号进行了比对测量,通过优化计算得到了传感器通道的中心波长和带宽。该方法消除了待定标传感器的光谱响应和光源的光谱能量分布带来的影响,能快速准确地实现色散型高光谱传感器的波长定位。运用该技术实现了对野外光谱辐射计FieldSpec(UV/VNIR的光谱定标,并对影响光谱定标精确度的因素进行了分析计算,结果表明,该方法实现的波长准确度0.5 nm,可满足色散型高光谱传感器实时、高精度光谱定标的需要。     

基于AOTF技术的光纤损耗光谱检测系统设计

提出了一种新型的基于声光可调滤光器(AOTF)的便携式光纤损耗光谱检测系统。建立了光纤损耗光谱检测的数学模型和检测系统总体结构。该系统利用声光可调滤光器的电可调谐特性,采用DSP进行智能化控制,实现对光纤中信号光的快速光谱扫描,测量出被测光纤对不同波长的信号光的衰减特性。最后给出了实验结果和讨论。     

超光谱成像仪的精细光谱定标

为了精细标定棱镜色散超光谱成像仪1024×80光谱像元的中心波长和响应带宽,建立了一套光谱定标装置,提出了实现1nm光谱定标精度的定标方法。首先,介绍了产生谱线弯曲与谱线倾斜的原因,确定了精细光谱定标的方法和数据处理算法;然后,利用光谱定标装置测定了全部光谱响应像元的离散单色光响应值,利用高斯方程拟合了相对光谱响应曲线;最后,建立了中心波长矩阵表和带宽矩阵表,采用多项式拟合算法确定了空间视场像元的色散方程和光谱通道谱线弯曲方程,实验测定了温度变化谱线漂移结果。另外,还对光谱定标精度对辐射定标精度的影响进行了分析。光谱定标结果表明:超光谱成像仪的光谱定标精度达到了±1nm,各谱段带宽平均为8.75nm;色散方程及谱线弯曲与设计结果相符,谱线弯曲值为14～19nm,平均值为17nm;1nm的定标精度对辐射定标精度的影响分别小于1%(3000K黑体)和0.25%(6000K黑体),满足超光谱成像仪1nm光谱定标精度的要求。     

传递辐射计光谱通道的优化设计

鉴于传递辐射计对成像光谱仪定标时其通道选择对成像光谱仪的定标精度具有重要影响,本文使用MATLAB语言编写评价函数,作为对3 000K黑体光谱曲线进行多光谱反演精度的评价标准,最后利用MATLAB遗传算法和模式搜索算法工具箱对评价函数寻找最小值解,即传递辐射计的最优通道选择,并根据评价函数对光谱通道数、中心波长偏移、带宽展宽和测量系统误差对光谱反演精度的影响进行分析。结果表明,为实现0.12%的光谱反演精度,要求传递辐射计中心波长的偏移量不超过0.2nm、带宽展宽不大于0.02nm,测量系统误差小于0.1%。本研究可以指导传递辐射计的设计,对提高地球成像光谱仪的定标精度具有重要意义。     

光纤光谱仪的波长标定

光纤光谱仪是光谱测量中的核心部件，它将光信号经分光系统和CCD阵列转换为各光波长的电信号，再通过计算机处理，以获得光谱信号曲线。为了得到准确的测量结果，光谱仪在使用前必须对光波长进行严格的标定，确定CCD象素和光波波长的对应关系。     

基于光谱吸收的光纤气体传感器光源波长稳定控制技术

采用具有高精度电流注入模块和温度控制模块的分布反馈式半导体激光二极管作为光纤气体传感器的光源,基于气体吸收和谐波检测理论,分析了当光源输出光谱中心波长位于气体分子吸收峰不同位置时,所产生的谐波具有不同的特征.通过时这些特征进行检测并反馈给光源的温度控制模块,可以稳定光源的输出波长,使其与气体分子吸收峰对齐,从而提高测量性能.试验表明该方法对于波长稳定有很好的控制效果.     

极紫外单色仪波长定标

给出了一种新的极紫外(EUV)单色仪定标方法.通过测量标准气体He空阴极光源的30.38和58.43nm两条发射光谱和标定过的中心波长为13.90nm的Mo/Si多层膜反射镜的反射率峰值位置,对Mcpherson247型EUV单色仪进行波长定标,将所定的标准点在单色仪的运动轨迹上做了相应的标识,并用Origin软件进行处理,利用一元二次方程得出拟合曲线.对标定结果做了分析,得出了在12～60nm波段内,用激光等离子体光源软X射线反射率计测量多层膜反射镜反射峰值位置时,测量准确度为0.08nm,测量重复性为士0.04nm.测量误差主要来源是光源的不稳定性和机械转动误差.     

∝型平坦展宽频谱可调全光时延线

根据全光网交换和高速时分复用技术对时延调节的需求,提出一种新的基于光纤非线性效应的∝型全光再生可调时延线。该时延线由小段高非线性光纤、色散补偿光纤、光纤光栅滤波器和光纤放大器等构成;利用自相位调制、小量群速度色散效应、以及光波分裂效应获得携带近似线性时延的平坦化展宽光谱,并在波长可调谐光纤光栅的配合下实现时延控制,同时具有对工作波长进行适当变换的功能。单皮秒脉冲演变数值分析显示其在10nm的波长范围内的调节量可达300ps以上,在40Gbps脉冲序列仿真传输实验中Q值可达23.6。仿真实验结果表明:设计的时延线在保证输出脉冲质量仍然良好(比特误差率(BER)10-12)的情况下获得了较大的时延调节量,能满足全光网和高速时分复用系统的需求。     

智能变电站中OTDR系统激光脉冲电路的设计及应用

针对智能变电站的光纤通信延时测量问题,对智能变电站中OTDR的工作原理和光源器件进行了研究,分析了激光脉冲频率和脉宽对系统性能的影响。根据激光二极管的发光机理与特点设计出了一套基于STM32控制单元的适合智能变电站中OTDR工作的激光驱动电路,重点分析了驱动电路中的调制电流,考虑了驱动电路对激光器的保护,并利用所设计的激光驱动电路搭建了简易OTDR观察光纤的损耗特性。研究结果表明,该电路可扩大激光脉冲频率和脉宽的调整范围,实现激光脉冲宽度最小可达300 ns,脉冲频率最大为50 KHz,激光发射功率为3 MW;通过实验,验证了光在光纤中的衰减特性,证实了该电路能满足实际智能变电站中OTDR工作所需,具有一定的参考价值。     

Characterization of microscope objective lenses from 1,400 to 1,650 nm to evaluate performance for long-wavelength nonlinear microscopy applications

We have demonstrated a simple method for characterization of objective lens performance at longer wavelengths for 3PLSM and THG imaging. We investigated a range of air and oil-immersion objective lenses across a wavelength range of 1,400-1,650 nm using a synchronously pumped optical parametric oscillator laser source. In the first instance, we investigated the percentage light transmission across this spectral range. Second, we used a simple second harmonic autocorrelation pulse measurement technique to study the dispersion properties of these lenses at the range of input wavelengths. For the objective lenses investigated, we observed pulse broadening on the order of around 4%-7% for air immersion lenses and 9%-12% for oil immersion lenses. Even for the greater dispersion incurred by the application of the oil immersion lenses, these objectives are suitable for longer wavelength application in conjunction with a suitable light source. The same techniques could easily be applied for a larger range of objective lenses and adapted for alternative spectral windows and pulse durations.     

Absolute calibration method for nanosecond-resolved, time-streaked, fiber optic light collection, spectroscopy systems

This paper describes a convenient and accurate method to calibrate fast (<1 ns resolution) streaked, fiber optic light collection, spectroscopy systems. Such systems are inherently difficult to calibrate due to the lack of sufficiently intense, calibrated light sources. Such a system is used to collect spectral data on plasmas generated in electron beam diodes fielded on the RITS-6 accelerator (8-12MV, 140-200kA) at Sandia National Laboratories. On RITS, plasma light is collected through a small diameter (200 μm) optical fiber and recorded on a fast streak camera at the output of a 1 meter Czerny-Turner monochromator. For this paper, a 300 W xenon short arc lamp (Oriel Model 6258) was used as the calibration source. Since the radiance of the xenon arc varies from cathode to anode, just the area around the tip of the cathode ("hotspot") was imaged onto the fiber, to produce the highest intensity output. To compensate for chromatic aberrations, the signal was optimized at each wavelength measured. Output power was measured using 10 nm bandpass interference filters and a calibrated photodetector. These measurements give power at discrete wavelengths across the spectrum, and when linearly interpolated, provide a calibration curve for the lamp. The shape of the spectrum is determined by the collective response of the optics, monochromator, and streak tube across the spectral region of interest. The ratio of the spectral curve to the measured bandpass filter curve at each wavelength produces a correction factor (Q) curve. This curve is then applied to the experimental data and the resultant spectra are given in absolute intensity units (photons∕sec∕cm(2)∕steradian∕nm). Error analysis shows this method to be accurate to within +∕- 20%, which represents a high level of accuracy for this type of measurement.     

可调谐锁模光纤激光器泵浦的超连续谱光源

为了实现平坦度更好、光谱覆盖可见光波段的超连续谱激光输出,研究了泵浦波长可调谐的全光纤结构超连续谱光纤激光器。设计搭建了一台非线性偏振旋转锁模脉冲光纤激光器,实现了9种中心波长的耗散孤子皮秒脉冲输出,波长调谐范围为1 041~1 076nm;以它作为种子源进行了两级功率放大,并泵浦10m长的光子晶体光纤,在泵浦激光功率为500mW时,得到9种输出光谱特性不同的超连续谱激光,得到当泵浦激光中心波长为1 050nm时,更利于实现光谱范围更宽、平坦度更好、可见光分量更多的超连续谱激光输出。为进一步拓宽超连续谱激光的光谱范围、提升光谱平坦度,将泵浦激光功率提升至1.45 W,最终实现了输出功率为600mW、短波边界为470nm、600~1 700nm内10dB光谱宽度为1 053nm的超连续谱激光输出。     

基于双通道M-Z干涉仪的FBG光开关研究

为降低电光开光的插入损耗并提高性能,提出了一种基于双通道可调谐马赫-曾德(M-Z)干涉仪制作的光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)光开关,通过改变干涉仪中的可调电动光纤延迟线的延迟时间,实现滤波谱周期的可调谐。通过改变干涉仪其中一臂的延迟时间设定,该光开关能够实现对设定波长光波的开关功能。对光纤M-Z干涉滤波原理进行了理论分析,使用C波段宽带放大自发辐射光源对双通道可调M-Z干涉仪的性能进行了测试。结果表明,其可实现大范围及高精度的滤波调节功能。对基于双通道可调谐马赫-曾德干涉仪制作的FBG光开关,通过FBG开关性能检测系统实验,得到该光开关在波长为1 550nm处的输出光谱,光开关的消光比达到25dB。结果表明,该光开关能够实现大范围高精度滤波功能,具有高消光比、结构简单和易于调节等优点。     

Wavelength dispersion of optical fibers directly measured by 'difference method' in the 0.8-1.6 microm range

A novel technique to measure the wavelength dispersion of optical fibers in the 0.8-1.6 microm range, where germanium avalanche photodiodes possess adequate quantum efficiency, is described. Dispersion is defined as dtau/dlambda, which can safely be changed to the difference formula Deltatau/Deltalambda, when Deltalambda is small, where tau is the transit time of the wave and lambda is the light wavelength. A monochromatic light, whose amplitude is modulated by a sinusoidal baseband signal, is launched into the optical fiber. The phase of the sinusoidal baseband signal changes with the monochromatic light wavelength variation due to the dispersion of the fiber. The phase variation gives an accurate value of Deltatau. The wavelength dispersion is obtained directly from the values of both Deltatau and Deltalambda. Using this technique, the wavelength dispersion of a single mode optical fiber, for example, is measured in the single mode wavelength range from 0.92 to about 1.6 microm.     

A NOVEL ALL-FIBER ELECTRIC FIELD SENSOR BASED ON TAPERED FIBER-SLAB WAVEGUIDE COUPLER

□ A novel optical electric field sensor based on evanescent coupling between a tapered fiber and a slab waveguide is proposed and demonstrated. Light in a tapered fiber evanescently couples into the slab waveguide and forms a wavelength resonant spectrum. A slice of a LiNbO₃ crystal was used as the slab waveguide. External electric fields may change the refractive index of the crystal and thus make the resonant wavelengths shift. Therefore, an optical electric field sensor was obtained by measuring the wavelength shift caused by an external electric field. The principles and design of the proposed sensor are reported. The performance of the proposed sensor are demonstrated experimentally by detecting sinusoidal fields with 50 Hz and pulsed electric fields with a rise time of 1.2µs. The results show that the minimal detectable field was approximately 150 V/cm with a signal-to-noise ratio of three.     

一种可控高速脉冲波形合成技术研究

本文提出一种基于沿发生及沿合成原理的高速脉冲波形合成技术。该技术通过精确控制脉冲上升沿和下降沿的定时发生,实现脉冲宽度和信号延迟的高分辨率;通过计数器与可编程延迟器件的合理搭配,实现脉宽和延迟的大范围调整;同时控制触发模块的时钟频率,可方便地调整脉冲或脉冲序列的重复频率,并最终实现高速脉冲波形的合成。文章论述了该技术的基本原理,给出了设计实例和测试结果。