单模-多模光纤产生系列Bottle beam

提出一种利用多模光纤的多模干涉效应在自由空间中获得多个局域空心光（Bottle beam）的新方法。单模-多模光纤结构是一段多模光纤无偏心地连接到一段单模光纤上,光由单模光纤传输到多模光纤激发产生一系列的LP0,n 模,由于多模干涉效应在多模光纤中相互叠加,当入射到自由空间后形成了多个Bottle beam。文中对光束传输过程进行理论分析并利用Matlab 进行仿真实验, 结果表明在自由空间中可以获得系列Bottle beam。当多模光纤纤芯直径分别为45 m,60 m 和90 m 时所选择的光场段内的Bottle beam 的尺寸大小基本相同（约400 m20 m）,而第一个空间暗域沿轴向两侧相对光强差值分别为0.62,0.41 和0.11,可见当多模光纤的纤芯直径越大时所得到的Bottle beam 暗域的轴向两侧光强越相近,因此也越有利于囚禁微粒。     

基于单模-无芯-单模结构的光纤折射率传感器

提出了一种基于光纤单模-无芯-单模结构的光纤 折射率传感器。当外界折射率(SRI,surrounding refractive index)小于无芯光纤(NCF,no-core fiber)折射率,并且二者十分接 近的情况下,NCF 可以看作是具有阶跃折射率分布的弱导多模光纤(MMF),这样便构成了传统的单模-多模- 单模(SMS,single-mode multimode single-mode)光纤结构。利用线偏振模近似的方法理论分析了基于这种光 纤结构的折射 率传感器的模式激发特性以及输出特性,进而进行了相应的数值仿真及实验验证,结果表明 ,数值仿真与实验 结果均与理论分析结果相一致。在1.3～1.4的折射率范围内,实验测得传感器灵敏度达到 205.42nm/RIU。     

锥-单模光纤-细芯光纤-球结构的复合干涉型传感器温度特性研究

随着传感技术的发展,传感器的应用领域变得更加 广阔。许多场合需要高精度的温度传感器,干涉型光纤传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰等 优点,受到广泛关注。因此,基于复合干涉原理,设计了一种基于锥-单模光 纤-细芯光纤-球结构的传感器。该传感 器是在由单模光纤制作的锥型结构和球型结构之间,插入相同长度的单模光纤和细芯光纤制 成的,在单模光纤与细芯光纤的熔接处,以及细芯光纤和球型结构的熔接处皆发生干涉。当 温度变化时,光纤纤芯模式和包层模式的相位差发生改变,从而使透射谱中的干涉谷发生漂 移。通过测量干涉谷的漂移量,便可得到温度变化量,实现温度传感。对 传感器温度特性进行研究,当温度从30 ℃变化到75 ℃时,透射谱中的两个干涉谷分别向长波长漂移了 1.5 nm和3.75 nm,灵敏度分别为0.033 nm/℃和0.083 nm/℃。本文提出的传感结构体积小 、制作简便、成本低且两个谷的温度灵敏度较高,可望应用在双参量或多参量测量的场合。     

单模光纤与多模光纤的色散

色散是光纤的传输特性之一。由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度,因此,色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。光纤的色散现象对光纤通信极为不利。光纤数字通信传输的是一系列脉冲码,光纤在传输中的脉冲展宽,导致了脉冲与脉冲相重叠现象,即产生了码可干扰,从而形成传输码的失误,造成差错。为避免误码出现,就要拉长脉冲间距,导致传输速率降低,从而减少了通信容量。另一方面,光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。因此,为了避免误码,光纤的传输距离也要缩短。光纤的色散可分为：     

宽带光源入射下单模-多模-单模全光纤电流传感器特性研究

建立了基于单模-多模-单模光纤结构和磁流体的全光纤电流传感器,此传感器能够通过检测透射光谱的特征波长漂移和传输损耗变化两种方法来探测电流。对于第一种方法,得到电流灵敏度为1243.7pm/A[77.9pm/Oe,1Oe=1/(4π)×103 A/m];对于第二种方法,传感特性依赖于波长的选择,分析了不同波长条件下传感器传输损耗的变化特性。结果表明:选择单波长时,传感特性受波长的影响,且传输损耗变化小,从而灵敏度小;使用宽波长范围内的总传输损耗时,传输损耗变化大,电流检测灵敏度大大加强,所得灵敏度为506.2dB/A(31.7dB/Oe),分别是单波长1529nm和1611nm下灵敏度的337倍和723倍。在自发辐射宽带光源入射条件下,利用探测器直接检测传感器输出光强的变化,得到26.8V/A(1.7V/Oe)的电流灵敏度。     

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。     

一种多模-细芯-多模结构的干涉型光纤传感器

设计并制作了一种基于马赫-曾德干涉仪(Mach -Zehnder interferometer,MZI)原理的温度与压力同 时测量的光纤传感器,该传感器采用多模-细芯-多模(Multimode fiber -Thin core fib er- Multimode fiber,MTM)结构,其原理是,当多模光纤(Multimode fiber,MMF)中的光到达第 1个熔接点时 一部分进入细芯光纤(Thin core fiber,TCF)的纤芯,激发起纤芯模;另一部分进入TCF的 包层,激发起 包层模。当这两部分光到达第2个熔接点处时,TCF纤芯中的光进入MMF的纤芯,TCF包层中 的光一部分进入 到MMF的包层,另一部分进入MMF的纤芯,与纤芯模式发生干涉。外界环境如温度、压力等发 生改变时干涉 谱将随之漂移,因此可以通过观察光谱中干涉谷的漂移来测量外界温度、压力的变化。当温 度变化范围为 30℃时,实验测得Dip1、Dip2的温度 灵敏度分别为0.042nm/℃、0.051nm/℃。当 压力变化范围为 0N－9.8N时,实验测得Dip1、Dip2的压力灵敏度分别为－0.240nm/N、－0.524nm/N。由于 Dip1和Dip2对温度 和压力的灵敏度分别不同,因此可以利用矩阵实现对温度和压力的同时测量。该传感器制造 简单精巧,成本较低,具有一定的研究以及应用价值。     

非对称应力结构单模光纤偏振特性

本文通过理论分析,得出了非对称应力结构单模光纤,不管其应力结构如何,其本征传导模必定是线偏振的,在这种光纤中只存在线双折射,而没有任何形式的圆双折射。这一结果得到了实验证实。     

温度修正的单模光纤宏弯损耗特性理论分析

为了研究单模光纤宏弯损耗特性与温度变化的关系,文章根据Faustini L提出的理论公式进行了热光效应和热膨胀效应修正,基于该公式对温度影响下的纤芯—包层—无限涂覆层结构SMF28和1060 XP单模光纤宏弯损耗分别进行了仿真分析,探究了温度、波长和弯曲半径等因素对单模光纤宏弯损耗特性的影响,并得到两种单模光纤与温度之...     

高灵敏度液封光纤马赫-曾德干涉仪温度传感器

提出一种结构简单且灵敏度高的液体封装结构光纤马赫-曾德干涉仪(MZI)温度传感器,并对其折射率和温度响应特性进行了理论分析和实验研究。3段单模光纤(SMF)采用锥腰扩大熔接技术顺次熔接构成同轴式光纤MZI,结果表明MZI对环境折射率非常敏感;然后,将MZI封装在充满Cargille液体的毛细管中,结果表明液封后的MZI在测试温度范围内(10~40℃)的灵敏度约150pm/℃,较之封装前提高了1倍,且远高于大多数的光纤光栅和其它光纤干涉仪型温度传感器。本文MZI温度传感器还具有良好的物理强度和易于制备等优点,在环境监测和食品工业等领域具有良好的应用前景。     

光纤布拉格光栅温度补偿研究

提出了一种新颖结构的光纤光栅温度补偿器件,它由两种不同的热膨胀系数的材料组成。利用该器件实现了光纤光栅的温度补偿。在-18~50℃温度范围内光栅波长变化0.028nm,是未补偿光纤光栅的1/23倍。     

一种新型的液晶填充SM-NC-SM结构光纤温度传感器

基于向列相液晶(NLC)和多模干涉原理,提出了 一种新型的全光纤温度传感器。在两段普通单模光纤(SMF)中 间熔接一段直径为200μm、长约为10cm的无 心光纤(NCF),之后将其插入充满液晶的毛细管中并用胶棒密封,实现 液晶封装的SM-NC-SM结构的制作。其中,液晶可视为NCF的包层,基于NLC的温度 -折射率可调性和热光系数大的特性,能通过SM-NC-SM结构传播的光 受到温度调制,通过检测特征波长的漂移实现外环境温度测量。实验测得在27~67℃温度范围内的灵敏度高达626.6pm/℃, 并得到特征波长漂移与温度良好的线性关系,其线性度为99.23%。利 用设计的传感器搭建了实 用的光电检测系统,将波长漂移量的检测转换成电压大小的测量,测得相对误差小于4%。 本文设计的传感器结构简单、成本低和 灵敏度高,为温度传感应用提供了一种新方法。     

双金属结构对布拉格光栅的温度补偿研究

本文首先提出了一些温度补偿的典型方法,然后设计了一个能够对布拉格光纤光栅实现温度补偿的双金属结构,并进行了研究.最后,双金属结构的布拉格光栅的温度特性在-5～ 50 ℃的温度范围内做了测试,实验结果表明,双金属结构的布拉格光栅的温度系数减小了4倍.     

对称结构光子晶体光纤温度传感特性的研究

提出了一种新型纤芯-包层对称结构光子晶体光纤。其截面圆形空气孔以四边形晶格排列方式沿光纤中心对称分布,中心各自移除两空气孔构成两纤芯,形成两组完全对称的纤芯-包层结构。对一组纤芯-包层所有空气孔进行填充乙醇液体,利用填充液折射率的温度敏感性,来调制两纤芯的耦合特性。采用有限元法分析了1 cm长该型光纤在20~25 ℃变化时的温度特性,结果显示该型光纤可实现高灵敏度温度传感,其灵敏度可达3.21 nm/℃。     

基于七芯光纤的迈克尔逊干涉型光纤温度传感器

为了实现对环境温度的精确测量,提出了一种基于七芯光纤(seven-core fiber, SCF)的迈克尔逊干涉型温度传感器。该传感器由单模光纤(single mode fiber, SMF)和SCF熔锥构成,当光由SMF进入SCF时,由于光纤直径的急剧变小,在光纤细锥区域会激发出SCF中的高阶模,这些高阶模与纤芯基模经SCF端面反射后,再次回到细锥区域时发生干涉,并经由SMF输出。制作了不同长度SCF的传感器样品,并分别进行了温度传感实验研究。温度响应实验结果表明,在20—160℃温度范围内,长度为47 mm的传感器的温度灵敏度为0.127 4 nm/℃,拟合线性系数为0.998 3,温度测量分辨率为0.007 8℃,稳定性实验测得传感器的测量标准偏差为0.289 6℃。该温度传感器结构紧凑、易于制作、成本低廉、灵敏度高且测量范围大,在温度监测领域具有一定的应用潜力。     

一种基于FSI和MZI并联组合的光纤温度传感器北大核心CSCD

基于并联的干涉型滤波器的游标效应,设计了一种基于光纤萨格纳克干涉仪(fiber Sagnac interferometer,FSI)和马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer,MZI)并联组成的光纤温度传感器。FSI由一个3 dB的四端口耦合器和一段6.6 m的保偏光纤(polarization maintaining optical fiber,PMF)组成,因其具有较高的灵敏度以及较好的稳定性,将其作为传感腔。MZI作为参考腔由两个3 dB的三端口耦合器自制组成,通过控制MZI两臂的长度,使这两个干涉仪的自由光谱范围(free spectral range,FSR)相接近但不相等,利用游标效应来提高该结构的温度灵敏度,然后通过改变温度来测量单个FSI与并联FSI、MZI这两种结构的波长漂移情况,从而探究温度灵敏度的放大情况。实验结果表明,单个FSI的温度灵敏度仅为-1.65 nm/℃,并联系统可以将其放大到12.9 nm/℃,增益系数为7.82,与理论结果相符,表明在相同温度下,并联结构能够明显提高温度传感器的灵敏度。该传感器能在较小的温度变化时呈现明显的波长漂移,适用于生物和工业领域的温度精细检测。     

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。