Stretchable Thermoplastic Elastomer Optical Fibers for Sensing of Extreme Deformations

The design of advanced materials with coupled optical and mechanical properties is an important challenge in materials science; especially, the implementation of soft materials in optics has recently gained significant interest. Soft optical systems are particularly versatile in sensing, where large and repeated deformations require dynamically responsive materials. Here, stretchable step‐index optical fibers, which are capable of reversibly sustaining strains of up to 300% while guiding light, are demonstrated. A continuous and scalable melt‐flow process is used to coextrude two thermoplastic elastomers, thereby forming the fibers' high index core‐low index cladding structure. Deformation of the fibers through stretching, bending, and indentation induces detectable, predictable, reversible, and wavelength‐dependent changes in light transmission. Quantitative knowledge about the coupling of the fibers' mechanical and optical properties forms the basis for the design of fiber‐based sensors that are capable of reliably assessing extreme mechanical stimuli. The fibers utility in sensing scenarios is demonstrated in a knee brace for continuous knee motion tracking, a glove for control of a virtual hand model, and a tennis racket capable of locating ball impacts. Such devices can greatly improve quantitative assessment of human motion in rehabilitation, sports, and anywhere else where large deformations need to be monitored reliably.     

Stretchable and Temperature‐Sensitive Polymer Optical Fibers for Wearable Health Monitoring

Stretchable physical sensors that can detect and quantify human physiological signals such as temperature, are essential to the realization of healthcare devices for biomedical monitoring and human–machine interfaces. Despite recent achievements in stretchable electronic sensors using various conductive materials and structures, the design of stretchable sensors in optics remains a considerable challenge. Here, an optical strategy for the design of stretchable temperature sensors, which can maintain stable performance even under a strain deformation up to 80%, is reported. The optical temperature sensor is fabricated by the incorporation of thermal‐sensitive upconversion nanoparticles (UCNPs) in stretchable polymer‐based optical fibers (SPOFs). The SPOFs are made from stretchable elastomers and constructed in a step‐index core/cladding structure for effective light confinements. The UCNPs, incorporated in the SPOFs, provide thermal‐sensitive upconversion emissions at dual wavelengths for ratiometric temperature sensing by near‐infrared excitation, while the SPOFs endow the sensor with skin‐like mechanical compliance and excellent light‐guiding characteristics for laser delivery and emission collection. The broad applications of the proposed sensor in real‐time monitoring of the temperature and thermal activities of the human body, providing optical alternatives for wearable health monitoring, are demonstrated.     

光纤间光的耦合研究

使用简化为一维积分的数值方法计算分析了光纤耦合效率和接收光功率,为应用时的设计计算和测量数据的分析计算提供了一个准确方法。62．5／125多模光纤在高斯光强分布下的数值计算结果与实验测量结果的一致性表明,高斯光束可以较好地表示光纤光强的分布。对光纤耦合系数和近场范围内的光纤接收光强的测量数据的分析必须使用准确的方法计算,近似方法存在较大的误差。     

用于长距离无再生光孤子通信系统的光纤放大器及光纤

本文由长距离无再生光孤子通信的各种基本限制及考虑出发,提出了对光纤放大器及光纤的要求以及今后研究工作的方向。文中公式都采用了实用工程单位以利计算。     

FTTx用光纤光缆

FTTx是光通信发展的必然趋势,也是当前光网络发展的最大推动力.FTTx用光缆根据其在网络中的不同位置,总体上可划分为馈线光缆、配线光缆、入户光缆.对这三类光缆的特点、典型的结构和技术进展分别进行了介绍.此外,具有优异弯曲性能的G.657光纤是FTTH系统的核心产品之一,对其国内外技术和标准的发展也进行了对比分析.     

通信光纤可靠性问题的研究

为保证通信光纤在使用寿命内有正常的工作状态和特性,光纤的长期可靠性是一个至关重要的问题。关于光纤的可靠性有三个方面:(1)长期的机械强度;(2)由辐照引起的衰减变化;(3)氢对光纤损耗的影响。本文着重讨论这些方面的关键问题并强调对目前应用于光通信中光纤特性的理解。     

红外光纤的研究及应用

本文介绍了国外以重金属氧化物、硫系化合物及卤化物等材料为基质的红外光纤研制及应用现状,并简要比较了几种红外光纤的特点及发展潜力。     

微孔光纤的研究进展

本文在回顾微孔光纤研究历史的基础上,着重介绍微孔光纤理论与实验研究的最新成果。     

通信光纤的最新研究动向

本文介绍了宽带光传输非零色散位移光纤(G.656光纤)、塑料光纤和光子晶体等通信光纤的特性以及它们的最新研究动向.     

单模光纤中光脉冲啁啾的分析

论述了啁啾光脉冲在单模光纤中传输时啁啾和脉宽的变化，以及此变化与相应的频谱相位变化的关系．详细分析了啁啾变化的规律，并讨论了其物理图像及该规律在光纤通信中的应用．实验中所获得的脉宽变化与理论计算相符。     

聚合物光纤损耗及光谱特性的测量分析

聚合物光纤（POFs）的参数直接反映了POFs的特性，为了更好地了解POFs的性能，探索POFs的测量方法，对POFs的传输损耗光潜特性进行了理论和实验研究。分析了POFs的传输损耗特性以及与波长的相关性，利用剪断法和光谱分析法对POFs的传输损耗和光谱特性进行测定，最后测得在550～670nm波长范围内聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）阶跃型POFs的传输损耗光谱特性。结果娃示，PMMA阶跃型POFs在510～580nm和650nm的波长范围内有较低的损耗。     

平行手征光纤之间的耦合系数

对放置于手征介质中的两根平行手征光纤之间的耦合系数进行了详细的数值计算和讨论，给出了耦合系数随手征参数、相对介电常数、归一化频率、光纤之间的距离等的变化关系曲线。     

掺Eu3+聚合物光纤的团簇现象

用热聚合法制备了掺Eu(DBM)3Phen螯合物的聚合物光纤,建立了团簇化铕离子相互作用模型,以此为基础研究该掺杂聚合物光纤的团簇现象。利用速率方程理论,结合光纤的抽运光透射率实验,得到所研究光纤中团簇化铕离子浓度。掺铕质量分数为0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%,1%的聚合物光纤中团簇化铕离子的浓度分别为0.045,0.07,0.07,0.07,0.07,0.08。因此,该掺杂聚合物光纤的团簇化铕离子浓度较低且基本不随掺杂浓度的增加而增加,铕离子之间的团簇化现象不明显。     

液芯光纤近红外光谱特性研究

通过实验测试了液芯光纤的液芯溶液在1510～1590nm近红外波段的透光特性和不同液芯溶液的红外光谱曲线，分析了影响液芯光纤透射率的因素，为寻找可实际应用于光通信波段的液芯光纤材料提供了一些实验数据。     

双包层非线性单轴光纤传播常数的计算

基于严格的矢量波理论,用摄动法导出了计算双包层非线性单轴光纤导模或泄漏模传播常数的公式。     

侧边抛磨光纤的光传输特性研究

基于有限差分光束传播法，对侧边抛磨光纤的光传输特性进行了模拟计算。给出了应用自行研制的侧边光纤抛磨机的侧边抛磨光纤的制作方法，并研究了几个影响侧边抛磨光纤光传输特性的参量。实验表明，侧边抛磨光纤的抛磨面与纤芯的剩余厚度d越小，光功率衰减越大，对涂敷材料的折射率变化的灵敏度越大。在抛磨区域浸在折射率约为1．495的折射率液体的情况下，当d〈5μm时衰减明显增大。抛磨区长度越长，光功率衰减越大；抛磨表面越粗糙，光功率衰减也越大。     

非线性轴向不均匀单模光纤中的调制不稳定性

本文分析了非线性轴向不均匀单模光纤中的调制不稳定性,给出了不同情形下光纤调制总增长值,修正了Anderson关于最大调制增长值的结果,得出了维持调制增长的光纤长度,尽管存在光纤损耗,也可达到非常大的数值的结论。     

海底光缆用色散均衡光纤

介绍了一种带正色散的单模光纤,用来均衡常用于海底光缆中的非零色散位移光纤的负色散。这种光纤类似于常规单模光纤（Ｇ．６５２光纤）,但具有较低的衰减和较小的宏弯损耗。由于这种光纤应用常规的掺锗纤芯和纯ＳｉＯ２包层,与目前常用的纯ＳｉＯ２纤芯和掺氟包层的色散均衡光纤相比,在成本上具有较大的优越性。     

五阶非线性光纤中光扰动所致超短脉冲串的产生

从光纤中包含五阶非线性效应的扩展非线性薛定谔方程出发,采用分步傅里叶算法,数值模拟了连续光波的幅度受到正弦光扰动的调制后在光纤中演化分裂成超短脉冲串的过程,探讨了五阶非线性效应和正弦调制周期对脉冲串形成和演化特点以及相应频谱的影响.结果表明,与三阶非线性相比,正五阶非线性使形成超短脉冲串的最佳光纤长度缩短,形成的单个脉冲宽度更窄、峰值功率更高,负五阶非线性则相反.正弦调制周期将影响脉冲串的重复率和最佳光纤距离.随传输距离的增加,单个脉冲可能分裂成两个甚至三个分脉冲,在主脉冲之间还可能出现一定数量的峰值功率弱的次脉冲.就频谱特性而言,正(负)五阶非线性可增多(减小)光波频率成分、加宽(窄化)频谱;视主脉冲有无分裂以及次脉冲的存在与否,频谱的形状也会不同.     

塑性弯曲蓝宝石单晶光纤的光学特性研究

为满足医用激光传能要求,使用CO2激光对直径分别为550um和750um的两组蓝宝石单晶光纤进行了塑性弯曲,平均弯曲半径为3.0mm,由单个弯曲引起的额外损耗在900nm处小于0.1dB,对脉冲Nd:YAG激光能量传输的损伤阈值高于30MW/cm^2。实验结果表明,塑性弯曲蓝宝石光纤完全可满足医用激光传能的要求,并可减小输出端弯曲光纤头的体积,增大光纤激光传输应用系统的灵活性。