光子晶体光纤压力传感器信号检测方案

光子晶体光纤压力传感器可广泛用于各种压力环境监测中.文章分析了光子晶体光纤中光脉冲的传输特性,提出了相位调制型光子晶体光纤压力传感器的基本模型,对光子晶体光纤传感器基于光脉冲相位和光强的信号检测方案进行了讨论.光子晶体光纤传感器的压力敏感性高,而温度敏感远远低于传统的光纤传感器.光子晶体光纤传感器系统简洁、适用.     

温度场对实芯光子晶体光纤的影响分析

光子晶体光纤可广泛用于光纤通信系统、光电信号检测等有源和无源光器件中.利用Edlen公式分析了温度场对实芯光子晶体光纤的空气孔折射率的影响并应用热传导模型对光子晶体光纤石英介质在温度场作用下产生的热应力及折射率分布变化进行了分析,讨论了温度场变化导致光子晶体光纤中光脉冲相位和模式双折射的波动影响.与传统单模光纤相比光子晶体光纤中传播的光脉冲对温度具有较弱的敏感特性,在光电信号检测等无源器件中更具优越性.     

高压力光子晶体光纤传感器系统的研究

光子晶体光纤(PCF)压力传感器可广泛用于各种环境压力监测中.采用全矢量有限元方法对双芯光子晶体光纤的双折射特性进行了分析,采用二阶微分方程理论模型模拟了光子品体光纤高压力传感器对外界压力的响应,并应用这个模型讨论了外界压力作用对敏感元件有效折射率和双折射的影响,提出了一种高压力光子晶体光纤传感器方案.计算结果表明高压力致双空气孔芯光子晶体光纤的双折射值可达很高,光子晶体光纤传感器系统更为简洁紧凑.     

光子晶体光纤高灵敏度压力传感特性研究

为了提高压力传感器的灵敏度，利用光子晶体光纤理论及其高双折射特性和可灵活设计的结构特点，设计了一种新型边孔高双折射光子晶体光纤压力传感结构。采用全矢量有限元法并结合COMSOL软件对传感结构的受力和模场分布进行仿真分析，获得压力传感特性随几何结构和自由空间波长的变化关系，通过优化设计得到最优结构参量，进一步获得高压力灵敏度。结果表明，在最优结构下，自由空间波长为1.55μm、压力为200MPa时，偏振相位灵敏度为166.2rad/(MPa·m)，所能施加的最大压力为720MPa，相位模式双折射灵敏度保持在4.1×10-5MPa-1左右。该研究对提高压力传感器的灵敏度是有帮助的。     

填充型增敏式光子晶体光纤压力传感器结构

为了实现光纤传感器压力增敏的效果,设计了一种具有高双折射的光子晶体光纤结构。采用有限元法计算光子晶体光纤在不同应力作用下的有效折射率, 基于光子晶体光纤的压敏特性,分析光子晶体光纤的模式, 并选择该结构里的一个空气孔,填充具有特定折射率的液体材料,构成新型压力传感器。该结构的压力灵敏度由COMSOL软件的仿真得出。结果表明, 经填充液体后,偏振相位灵敏度从72rad/(MPa·m)提升至128rad/(MPa·m),显著提高了77.7%。该研究对增强传感器的力学性能有帮助。     

微弯压力光子晶体光纤传感器的设计

光子晶体光纤(PCF)具有压力敏感特性.文章根据弹光理论推导了PCF应变与应力的关系,得到压力作用下PCF折射率分布波动的定量关系,提出一种微弯压力PCF传感器的设计方案,并从理论上分析了压力存在条件下光脉冲在PCF中传播时的相位波动及这种传感器的检测原理.     

动态压力光子晶体光纤传感器的研究

光子晶体光纤传感器可广泛用于各种动态压力测量中.文章设计了一种动态压力光子晶体光纤传感器,采用差分平衡方法分析了这种传感器的压力作用原理,讨论了这种传感器的输出信号检测方案,结果表明,该传感器对外界压力作用的响应具有周期性,响应周期与外界压力和传感器敏感元件长度相关.     

一种Sagnac干涉仪结构的光子晶体光纤温度传感器

采用Sagnac干涉仪结构,设计了一种高双折射光子晶体光纤环镜温度传感器。光子晶体光纤温度稳定性好,通过向高双折射光子晶体光纤空气孔填充热光系数高的液体材料乙醇,从而实现温度传感的目的。采用平面波展开法,分析了高双折射光子晶体光纤的双折射与传输波长和温度的关系。理论分析表明,填充乙醇后,高双折射光子晶体光纤的双折射随着传输波长和温度的增加而增加,且双折射与温度成线性关系。实验中将一段填充乙醇的高双折射光子晶体光纤与3 dB耦合器熔接制作成Sagnac干涉仪结构的光纤环镜,当温度从 45 ℃升至80 ℃时,光谱仪上观察到凹点λi向短波方向漂移了309.280 nm,温度灵敏度高达8.837 nm/℃。     

一种用于静态液体压力测量的边孔型PCF

提出了一种新型的边孔型HB-PCF(高双折射光子晶体光纤),数值结果表明它在自由空间波长λ=1.55μm处的相位模式双折射达到了2.916×10-3,静态液体压力的相位模式双折射灵敏度高达-2.444×10-5 MPa-1,能够测量的静态液体压力最大值为119.3MPa.此外,这种边孔型HB-PCF具有极低的温度灵敏度...     

光子晶体光纤中飞秒激光脉冲传输的研究

为更精细地描绘飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的传输和演化,在用分步傅里叶方法求解广义非线性薛定谔方程的基础上,详细考虑光纤参数随脉冲峰值频移的变化,模拟了飞秒光脉冲在光子晶体光纤中传输和演化的过程。研究发现,光纤色散和强非线性对飞秒脉冲在光子晶体光纤中传输、演化以及超连续谱的展宽有很大影响。     

一种新结构光子晶体光纤的双折射特性研究

在普通正六边形光子晶体光纤的基础上,通过改变x轴方向空气孔的大小及分布构造了一种新结构的光子晶体光纤。利用多极法对该光子晶体基模的模场分布及双折射进行了数值计算,分析了光波长与结构参数对双折射的影响,同时对光子晶体光纤的色散特性进行了研究。结果表明,通过改变x轴方向空气孔的大小以及分布结构使光子晶体光纤比普通六边形结构光子晶体光纤的双折射率明显提高,并且具有较低的宽带反常色散,在光纤双折射效应的应用和光学器件的研制等方面具有独特的优势。     

光子晶体液晶光纤的光波导特性

在光子晶体光纤芯区的圆空气柱中填充向列相液晶,用电场控制液晶分子的排列方向,构成了一种光子晶体液晶光纤.用阶跃有效折射率模型研究了电场、工作光波长及光纤结构参数对可调光子晶体液晶光纤的双折射和模式截止特性,并用E7液晶进行了数值计算.结果表明这种光纤的双折射值随电场增大而增大,增大电场和减小光波长可使光纤由单模传输变成多模传输,减小包层中空气孔的相对孔径引起光纤中单模与多模界面向短长波方向移动,包层的相对孔径小于0.14左右时光纤出现无截止单模传输,此值小于没有液晶填充PCF出现无截止单模传输时的包层相对孔径,电场的变化不会对无截止单模传输产生影响.     

光子晶体光纤的现状和发展

光子晶体光纤(PCFs)具有很多在传统光纤中无法实现的特性,成为近些年光学和光电子学的研究热点.对光子晶体光纤十几年的发展历史进行了简要的回顾,介绍了光子晶体光纤领域中的一些基本概念,光子晶体光纤的分类及光子晶体光纤的制备工艺.重点论述了光子晶体光纤的无限截止单模传输特性,可调节的色散特性,大模面积特性,高双折射特性和高非线性特性及其在非线性光学和光子晶体光纤激光器等方面的应用,并对发展前景进行了展望.     

椭圆芯扁六角聚合物光子晶体光纤的偏振特性

采用全矢量定域基函数模型,以聚合物PMMA为基材,研究了椭圆芯三角点阵扁六角结构光子晶体光纤(Photonic crystal fibers,PCFs)的偏振特性,分析了其相位模双折射和群模双折射与相对孔间隔比的依赖关系,并与椭圆芯三角点阵正六角结构PCFs的研究结论进行比较;研究发现,椭圆芯扁六角结构PCF的偏振特性强烈的依赖于光纤的结构参数,由于色度色散的存在,在短波长段,群双折射远远高于相位模双折射,通过适当调节光纤的相对孔径和相对孔间隔比,有望在给定波长实现高双折射和零偏振模色散单模运行.该研究为高双折射聚合物光子晶体保偏光纤的制备提供了理论依据.     

高双折射光子晶体光纤特性分析

建立了基于透明边界条件(TBC)的全矢量迦辽金有限元法(FEM)分析二维光子晶体光纤(PCF)的模型,并对椭圆芯等5种高双折射光子晶体光纤基模的模式双折射、限制损耗及色散特性进行了数值分析和比较.通过减小内包层中沿x方向的空气孔,增大沿y方向的空气孔构成的一种光子晶体光纤的模式双折射在波长1550 nm处高达5.96×10-3,而椭圆芯光子晶体光纤为1.52×10-3.研究表明,可通过增加内包层中两个正交方向上空气孔的尺寸差来获得高双折射;同时还得出内包层中放大的空气孔减小限制损耗,增加色散,而减小空气孔尺寸带来的影响则刚好相反;内包层上空气孔数量越少,色散越平坦.     

八角格子光子晶体光纤的传输特性

基于带有各向异性完全匹配层吸收边界条件的紧凑二维频域有限差分法(2D-FDFD)对八角格子光子晶体光纤(O-PCF)的模式分布、模式截止特性以及色散特性进行了数值模拟。通过计算八角格子光子晶体光纤前20个模式分布发现,其模场形状比六角格子光子晶体光纤(H-PCF)的好,更接近于圆形;利用有效面积方法分析了八角格子和六角格子光子晶体光纤基模和二阶模的截止特性,得到了非限制模、基模和多模的相图。比较发现相同填充率和空气孔间距时,八角格子光子晶体光纤的单模运转区域要比六角格子光子晶体光纤的宽,且更易用于色散补偿。     

空气孔正方形排列光子晶体光纤的有限元分析

采用全矢量有限元法结合完美匹配层吸收边界条件对渐增型空气孔正方形排列的高双折射光子晶体光纤的模场分布、限制损耗及双折射特性进行了数值模拟。仿真结果显示：该种结构的光子晶体光纤可以在包层空气孔层数仅为四层的情况下即可将限制损耗控制在1.31×10E-6 dB/m附近;同时横排内层空气孔的直径的变化可以有效地改变光纤的模式双折射曲线的走向,在长波长区间这种影响更为明显。     

椭圆孔六角点阵聚合物光子晶体光纤的偏振特性研究

基于全矢量平面波方法,以聚甲基丙烯酸甲酯为基材,设计了一种高双折射光子晶体光纤,并对其传输性质和偏振特性进行了数值模拟。结果表明,椭圆孔六角点阵聚合物光子晶体光纤的双折射是由于包层的不对称性引起的全局双折射,通过调节椭圆率,发现该光纤可以以单模方式在一合适波段运行,该波段与聚合物光纤的低损耗通信窗口一致。并且在 时,其双折射最高可达 。该研究结果为高双折射聚合物光子晶体保偏光纤的制备提供了理论依据。     

基于光子晶体光纤的高斯脉冲光谱压缩数值研究

为了获得高质量的窄线宽光脉冲,采用单模光纤和光子晶体光纤相结合的光谱压缩技术,通过分步傅里叶变换方法求解非线性薛定谔方程,数值模拟了1550nm波段高斯脉冲光谱压缩过程。结果表明,当初始脉冲的脉宽、峰值功率及所采用光子晶体光纤的参量一定时,光谱压缩存在一最佳光子晶体光纤长度;且初始光脉冲的峰值功率越大,所采用光子晶体光纤的非线性系数越大,所需光子晶体光纤最佳长度越短,所得谱压缩比越大;利用最佳长度为4.152m的光子晶体光纤对峰值功率为110W、初始脉宽为0.65ps的高斯脉冲进行光谱压缩时,可得谱压缩比为3.47的最佳谱压缩光脉冲;脉冲形状对光谱压缩产生一定的影响,高斯脉冲较超高斯脉冲光谱压缩效果更好。该研究结果对研制窄线宽、超短脉冲光纤激光器具有指导意义。