封装材料性能对光纤布拉格光栅温度灵敏度影响分析

光纤布拉格光栅封装后其温度灵敏度与裸光纤光栅有很大不同,这是因为封装材料的性能参数(包括泊松比,弹性模量,热膨胀系数及封装厚度)与光纤光栅的材料性能参数不一致造成的.理论分析了封装材料性能参数对光纤光栅温度灵敏度的影响.讨论了化学镀镍FBG的温度灵敏度公式,理论分析并用实验证明了镀镍层厚度与温度灵敏度的关系,理论分析得到化学镀层厚度分别为2.315μm、16.655μm、85.255μm的镀镍FBG的温度灵敏度依次为12.840 6 pm/℃、17.9784 pm/℃、20.202 9 pm/℃,实验值依次为12.313 pm/℃、17.1pm/℃、20.024 pm/℃.理论值与实验值基本一致.     

一种新型光纤光栅波长与带宽独立调谐的方法

提出了一种新型的光纤光栅的中心波长与带宽独立调谐的方法。将光纤布拉格光栅(FBG)粘贴于圆环形薄壁截面梁的外表面,通过旋转圆环形薄壁截面梁,即相当于改变光纤光栅的位置来实现中心波长与带宽的独立调谐。实验上得到了6.706 nm准无啁啾的中心波长调谐和5.368 nm的准无中心波长漂移的最大带宽调谐,并且此中心波长和带宽调谐均与拉力呈线性关系,实验结果与理论分析一致。     

粗芯光纤光栅的光谱特性研究

光纤光栅具有插入损耗小,波长选择性好,易于调谐,使用灵活等优点,成为光纤激光器首选谐振器件.为了适应高功率光纤激光器的发展需求,在粗芯光纤上直接刻制光纤光栅用作谐振器件成了新的研究方向.首先对粗芯光纤光栅中的模式耦合进行理论分析,然后在粗芯光纤上制作了光纤光栅.通过试验发现,改变粗芯光纤的模式激发方式可获得不同的光栅光谱.     

激光焊接封装的光纤光栅智能悬臂梁

针对光纤光栅在封装过程中容易遭受高温和热应力等破坏,采用激光焊接技术将镀镍金属化后的光纤光栅封装在316不锈钢表面。为了解决光纤光栅温度与应变的交叉敏感问题,基于参考光栅法的温度补偿原理制成了一种智能悬臂梁,实现了对温度和应变的同时测量。试验表明:光纤光栅两侧与不锈钢结合良好,激光焊接过程中光纤表面镀层未被损坏;焊接封装的光栅在23～47 ℃温度范围内进行了温度传感分析,温度灵敏度为22.15 pm/℃,较裸光栅提高了1.34倍。在恒定室温环境下和变温环境下,对焊接封装的光栅进行了应变传感试验,光纤光栅中心波长与应变成均线性变化关系,应变灵敏度分别为-2.24 pm/g和-2.27 pm/g。该智能悬臂梁有较高的测量精度,可用于工业生产中对温度和应变的实时监测。     

基于膜片的光纤布拉格光栅压力传感器的研究

理论分析了光纤布拉格光栅的压力传感特性,给出了光纤布拉格光栅的中心波长与压力的关系以及压力灵敏度系数的表达式,并将光纤布拉格光栅纵向粘贴在自行设计型号为ZXYC01的平面膜片上进行了压力实验.实验结果表明光纤布拉格光栅压力灵敏度系数46 pm/MPa左右,其测量精度为0.5%F.S,而理论的压力灵敏度系数为51 pm/MPa左右,实验值和理论值基本相符,它们分别是裸光纤布拉格光栅压力灵敏度系数的23和26倍.同时发现光纤布拉格光栅的中心波长与压力变化有着良好的线性关系和很高的相关系数并且迟滞现象较小.     

以环行器和光纤光栅为腔镜的可调谐窄线宽激光器

实验报道了一种结构简单有效的波长可调谐掺铒光纤激光器.该激光器为线型腔结构,由环行器(DC)、掺饵光纤(EDF)、光纤布拉格光栅(FBG)和波分复用(WDM)组成.利用环行器作为全反射腔镜,光纤布拉格光栅作为波长选择性腔镜,通过对光纤光栅施加轴向应力改变其布拉格波长来实现光纤激光器的波长可调谐输出.利用此结构.室温下实验获得了中心波长在1543.5～1549.5 am连续可调,边模抑制比(SMSR)大于50 dB的连续激光输出,激光输出线宽保持在0.01 nm以下.     

LPFG包层模对环境折射率的灵敏度分析

从理论和实验两个方面分析了长周期光纤光栅（LPFG）前3阶包层模的透射谱特性与光栅外包层厚度间的关系。LPFG的谐振波长漂移范围随着其外包层厚度的减小而扩大,同时,高阶耦合模LP04模的谐振波长漂移强于低阶模。研究表明,通过设计光纤光栅结构能改善其各阶包层模谐振峰对环境折射率的灵敏度。     

光纤光栅外腔半导体激光器频率调谐技术研究

在分析了光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-ECL)基本特性的基础上,调研了适用于该类型激光器的频率调谐方法,包括温度调谐法和应力调谐法,选取轴向应力调谐法改变光纤光栅的布拉格中心波长,进而实现频率调谐。利用压电陶瓷(PZT)来对光纤光栅施加轴向应力,通过调整PZT驱动电压值的大小来控制光纤光栅布拉格中心波长的变化量。实验结果表明,对于波长1550 nm的光纤光栅激光器,当PZT的驱动电压增加到126 V时,可实现 0.8 nm,即100 GHz的调谐范围以及每周期2 ms的调谐速度。     

化学镀Ni-Zn-P FBG及其温度传感特性

通过化学镀和电镀的方法使光纤布拉格光栅金属化,可对光纤光栅进行保护、增敏,使其具有可焊性,进而可通过焊接嵌入金属或封装在表面监测工作状态。采用化学镀Ni-Zn-P方法对光纤布拉格光栅进行了金属化,通过体视显微镜和金相显微镜观察Ni-Zn-P镀层;对化学镀后的光纤光栅进行了30~70℃温度传感试验,分析了传感特性。结果表明:化学镀后的光纤与镀层结合良好,具有导电性可以进一步电镀;化学镀光栅与裸光栅相比温度传感灵敏度提升1.1倍,存在迟滞误差,随静置时间的推移灵敏度不变,迟滞误差减小。残余应力是产生迟滞误差的主要原因,分析讨论了残余应力的来源和残余应力对金属化光栅中心波长的影响。     

基于弯曲压杆的光纤光栅可调谐线性啁啾化

提出利用镍钛合金压杆弯曲应变引入到光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)实现无中心波长漂移可调谐线性啁啾化方法并进行了实验验证。设计一种镍钛合金压杆结构,理论计算并有限元分析验证了应变分布情况。将光纤光栅粘贴在镍钛合金压杆上,弯曲压杆将线性拉伸与压缩应变引入到栅区,利用光谱仪记录反射谱。实验结果表明,当压杆移动距离达到12.5 mm时,反射谱带宽增大到1.57 nm,中心波长漂移量仅为0.11 nm。利用光纤光栅啁啾化理论,结合传输矩阵法和龙格库塔法实现啁啾光纤光栅光谱重构。实验结果与仿真结果吻合。该方法制作的啁啾光栅可以实现带宽可调谐且基本无中心波长漂移,在光纤传输和传感领域均具有一定的应用前景。     

正十边形光子晶体光纤布拉格光栅传感特性的研究

研究了正十边形对称结构光子晶体光纤布拉格光栅(PCFBG)特性,分析了不同空气孔层数以及不同占空比对布拉格光栅反射谱的影响.在此基础上,对正十边形光子晶体光纤光栅的传感特性进行了研究.研究表明:随着温度的增加,该光纤光栅的反射谱谐振波长明显向长波方向偏移;随着应力的改变,光纤光栅的反射谱谐振波长变化趋势不明显.该光栅具有对温度敏感,对应变不敏感的特点.这种空气孔排列为正十边形对称结构的光子晶体光纤光栅有望应用在光子晶体光纤光栅的传感领域中.     

温度对光纤光栅反射波长漂移量的影响

设计建立了一套光纤光栅温度传感实验装置,研究了温度对光纤光栅反射波长漂移量的影响。分别对升温和降温过程中光纤光栅反射波长进行了测试,得到了升温和降温过程每度反射波中心波长平均漂移量,分析讨论了波长漂移与温度的变化方向的关系和温度传感响应速度等问题。结果表明,光纤光栅温度传感器响应速度很高,反射波长漂移量与温度具有比较好的线性关系,且与温度的变化方向无关。     

应力作用下光纤光栅Bragg波长调谐特性的研究

本文对１５５０ｎｍ光纤光栅在纵向拉伸应力和侧向拉伸应力作用下Ｂｒａｇｇ波长的偏移特性进行了实验研究。当纵向拉伸应力加至３．６０Ｎ（３６７．６０ｇ）时,得到了５．０２ｎｍ的调谐范围。这可能是在相同应力作用下,目前所报道的最好结果。此外,还对光纤光栅弯曲所导致的其Ｂｒａｇｇ波长的迁移特性进行了实验研究,并比较了对光纤光栅段添加涂覆层前后的调谐情况,得到了最大为３．０２ｎｍ的皮长调谐范围。     

光纤布拉格光栅的折射率传感研究

采用光纤布拉格光栅制备折射率传感器,研究光纤光栅的折射率传感灵敏度与其包层直径之间的关系。理论分析可得,光栅包层直径越小,Bragg波长的偏移量随环境折射率变化的影响越大,这样就能使实验中光栅所反射的LD光功率变化(传感灵敏度)越明显。利用氢氟酸溶液腐蚀光栅包层的方法,得到不同包层直径的光纤Bragg光栅折射率传感器。实验指出,包层直径减小时,光栅可传感的折射率范围会缩小,而其折射率的传感灵敏度却会增大,如包层直径为8.9 μm时,折射率的检测范围为1.3872~1.4730,其最大灵敏度值达到了224.0320 dBm/RIU。     

基于干涉法的光纤光栅波长移位解调方案

光纤光栅波长位移的解调是实现传感系统的关键技术。分类阐述了基于干涉法的光纤光栅波长移传的解词方案,分析了各个方案的解调机理和特点。     

Simple method to adjust polarization dependence in polymeric arrayed waveguide gratings

Polarization-dependent wavelength shift of a birefringent-polymeric arrayed waveguide grating (AWG) is found to be adjusted simply by controlling the thickness of the first upper cladding layer while forming the upper cladding by several sublayers. Polarization-dependent wavelength shift is reduced to 0.08 from 4.24 nm in a birefringent-polymeric 16 /spl times/ 16 channel AWG on a silicon substrate by this method.     

光纤光栅在传感应用中波长漂移的检测方案

波长漂移量的检测是实现光纤光栅传感网络的关键技术。分类阐述了近几年来光纤光栅传感应用中主要的波长检测方案,分析了它们的工作机理和特性,并展望了其可观的应用前景。     

Non-polarization and high-coupling-efficiency coupler using multilevel grating structure

A multilevel grating coupler based on silicon-on-insulator (SOI) material structure is proposed to realize the coupling between waveguide and waveguide or waveguide and fiber. This coupler is compatible with the current fabrication facilities for complementary metal oxide semiconductor (CMOS) technology with vertical coupling. This structure can realize coupling when the beams with transverse electric (TE) polarization and transverse magnetic (TM) polarization are incident at the same time. The influences of the grating coupler parameters including wavelength, the thickness of waveguide layer, the thickness of SiO₂ layer and the number of steps on the TE mode and TM mode coupling efficiencies are discussed. Theory researches and simulation results indicate that the wavelength range is from 1533 nm to 1580 nm when the TE mode and TM mode coupling efficiencies are both more than 40% as the grating period is 0.99 μm. The coupling efficiencies of the incident TE and TM modes are 49.9% and 49.5% at the wavelength of 1565 nm, respectively, and the difference between them is only 0.4%.     

单光纤光栅温度应变双参数传感研究

报道了一种用一根光纤光栅实现温度与应变同时测量的传感方案。用于同时传感温度与应变的光纤光栅写于两种不同光纤的连接处 ,本身具有两个反射峰。由于两种光纤的光热系数不同 ,两个反射峰具有不同的温度响应。通过监测两个反射峰的波长移动便可实现温度与应变的同时测量。     

导模共振光栅参量对共振波长和线宽的影响研究

为了能够设计出具有反射功能的导模共振光栅，采用光栅的等效介质理论、平面波导理论以及严格耦合波法，进行了理论分析和实验验证，设计了在TE偏振下波长850nm处具有反射共振的导模共振光栅。利用严格耦合波法，计算并分析了光栅参量、入射角以及波导层厚度对共振波长和线宽的影响。结果表明，随着占空比的增大，共振波长会红移，而共振线宽会随着占空比的增大先增后减，占空比为0.5时线宽能达到最宽；共振波长会随着光栅周期和波导层厚度的增大而增大，但线宽几乎不变，当周期从490nm增加到520nm时，共振波长红移了将近50nm，而当波导层厚度从217nm增加到251nm时，共振波长红移了将近25nm；光栅厚度变化对共振波长和共振线宽影响很微弱，当入射角是垂直入射时仅有一个共振峰，但是当入射角不为0°时会出现两个共振峰，并且两个共振波长随着入射角度的变大一个会蓝移而另一个则红移。该研究为实际制备反射导模共振光栅提供了理论指导。