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 前坡灵敏度为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...     

2μm全光纤结构铥钬共掺光纤激光器

为了实现高效、全光纤化的2μm激光输出,采用中心波长为1569nm附近的级联双包层铒镱共掺光纤放大器来抽运铥钬共掺单模光纤、1550nm/2000nm波分复用器、光纤耦合器构成的环形腔全光纤激光器。当915nm LD抽运驱动电流为6.9A时,获得的最大输出激光功率为57.23mW,斜率效率约为12%,线宽约为4.5nm,阈值抽运功率约为180mW。结果表明,该光纤激光器性能可靠,其在光纤传感、激光医疗等领域将有巨大应用前景。     

109.5W输出1.94μm波长Tm:YAP固体激光器

报道了一种高功率Tm:YAP激光器实验装置,采用b轴切割的YAP/Tm:YAP/YAP复合晶体作为激光增益介质,使用中心波长为795 nm的LD模块进行双端泵浦,当增益介质冷却温度为20℃,LD总泵浦功率为301.4 W时,获得了最高109.5 W的1.94 m波长线偏振激光输出,光-光转换效率约为36.3%,斜率效率约为45.8%,在此输出功率条件下测得光束质量M2因子为3.8。     

光纤耦合激光器驱动与控制技术研究

针对一种将多个半导体激光器(LD)芯片串联驱动,通过光纤耦合进行功率合成,构成光纤耦合高功率输出激光模块的特殊驱动要求,研发了小型化高效率激光电流源组件和小型化高效率半导体制冷(TEC)LD模块温度控制组件。组件工作温度范围为-45℃～55℃,实验证明达到了设计性能指标要求。建立了LD模块驱动电流源电路的数学模型,提出了LD模块电流源控制电路的数字化实现方法,并利用ADuC831单片机实现了数字化设计。给出了一种基于TEC的LD模块温度控制组件的结构,建立了简化、实用的温度控制系统数学模型,对TEC的性能系数ξ、控制端的热量Qc和TEC的工作电流I进行了寻优控制,减小了激光器输出波长随温度的漂移。     

滑动轴承油膜厚度光纤精密检测系统分析与设计

针对油膜厚度的静、动态测量,设计了一种基于反射式强度调制型同轴结构光纤位移传感器(RLIM-FODS)的精密位移检测系统.根据激光光束光场近似高斯分布的特性建立数学模型,利用Matlab对特性函数进行仿真分析,光电转换对部分背景光进行了有效补偿,对滤波电路进行了失调电压调节和截止频率仿真修正,并通过实验进行了验证.仿真和实验结果表明:建立的模型可以有效减小电源波动、微弯损耗等带来的影响,信号检测电路能够精确地将小信号进行放大,并且输出信号稳定,噪声低,失调小,线性区间在1 200～2 700 μm的范围内,灵敏度可以达到6 mV/μm,满足精密检测要求.     

1550nm高功率窄线宽光纤放大器实验研究

研制了1550nm高功率窄线宽光纤放大器。实验中以单频窄线宽半导体激光器为信号源,15m长Er^3＋／Yb3＋共掺双包层光纤为增益介质,抽运源采用两支980nm波长大功率激光二极管,抽运阈值功率约0．6W,在抽运功率为10W时,得到放大输出功率为1．1W,光-光转换效率为11％,斜率效率为11．7％,增益大于20dB。采用延迟自外差法测量了种子激光放大前后的线宽,测量得到线宽均为220kHz。信号激光通过光纤放大器后对其窄线宽特性没有影响。     

载氢光纤光致折射率变化量与曝光时间关系的测量

对普通载氢光纤光致折射率变化量与曝光时间的关系进行了实验测量研究。针对不同曝光时间导致的光栅强度不同, 分别提出了均匀光栅最大反射率测量模型和反射率零点带宽测量模型, 并分析了两个模型由于布拉格反射波长的测量误差对光致折射率变化量计算结果造成的影响。结果表明, 244 nm氩离子倍频激光器输出光功率为40 mW时, 普通载氢光纤光致折射率变化量随曝光时间总体上呈现指数分布关系Ac=1.632×10-6 t 0.76912; 在曝光时间较短时, 造成的光栅强度较弱, 光致折射率变化量有明显的指数增长趋势, 之后是一段较好的线性区域, 这时两个测量模型的结果得到了很好的印证, 随着曝光时间的继续增加, 光致折射率变化量达到饱和。