基于侧边抛磨多模光纤的高灵敏度折射率传感器

提出一种可于生物传感的侧边抛磨多模光纤(SPMMF)折射率传感器。针对1.300~1.430折射率范围传感特性,研究了纤芯直径50.0、62.5和105.0μm的多模光纤(MMF)侧边抛磨不同深度时SPMMF折射率传感器的光谱特性和光功率传输特性。结果表明,在1.300~1.430折射率范围内,光纤纤芯直径和剩余半径(抛磨面到纤芯中心的距离)越小,传感器灵敏度越高;纤芯直径为50.0μm、剩余半径为0μm时,可以获得最高达42.23dB/RIU的灵敏度,最小分辨率为2.37×10-5RIU;纤芯直径为105.0μm、剩余半径30μm时,SPMMF折射率传感器仍有10-5 RIU量级的分辨率。     

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。     

侧边抛磨光纤泄漏光功率空间分布研究

侧边抛磨光纤技术发展迅速,越来越多的基于侧边抛磨光纤的光器件己用于实际.为了更好地优化制作此类器件,本文对侧边抛磨区泄漏光功率空闯分布进行了理论与实验分析.本文利用多层平板光波导模型对光纤侧边抛磨区涂覆不同折射率材料时,侧边抛磨区泄漏光功率的轴向出射方向进行了模拟计算,并进行了泄漏光功率空间分布的实验测试.分析结果表明.在不影响纤芯中光功率传输条件下,将抛磨区置于空气中,同时将光电探测器垂直置于抛磨平面上方,则可实现高效率接收侧边抛磨区泄漏光功率.     

全光纤热光型可变光衰减器

根据光纤包层中的倏逝场机制,将具有热光效应的聚合物材料直接覆盖在侧边抛磨光纤上,进行了全光纤热光型可变光衰减器(VOA)的研究.根据理论分析,确定了在侧边抛磨光纤的抛磨区上覆盖材料的折射率与纤芯中光衰减量之间的关系,为选择适当折射率的热光材料提供依据.设计适当的侧边抛磨区,利用先进的轮式侧边抛磨技术,制备了侧边抛磨光纤,以达到最佳可变光衰减效果.采用螺绕电极和优化封装,制作出性能优良的全光纤热光型可变光衰减器.性能测试表明,器件插入损耗小于0.1 dB,衰减范围为0~80 dB,偏振相关损耗小于0.02 dB,背向反射大于70 dB.该方法制作的全光纤热光型可变光衰减器具有可用电驱动调控、可靠性高等优点.     

带抛磨过渡区的侧边抛磨光纤波导传输特性分析

根据侧边抛磨光纤实验结果,建立了带抛磨过渡区侧边抛磨光纤的三维光学波导模型,用三维有限差分光束传输法计算和分析了侧边抛磨光纤的光传输特性.带抛磨过渡区光纤波导模型的计算结果与实验吻合较好,此模型较好地反映了在侧边抛磨光纤中的光功率传输特性.计算分析表明,侧边抛磨区的长度对侧边抛磨光纤光传输特性有影响,但在抛磨区长度小于...     

基于侧边抛磨光纤光栅双反射峰的折射率传感器

介绍了一种利用具有双布拉格反射峰效应的侧边抛磨光纤光栅(SPFBG)进行折射率测量的新型光纤折射率传感器.该传感器基于由轮式侧边抛磨法加工而成的侧边抛磨光纤光栅,通过将折射率液覆盖一部分抛磨区的方法在一根光纤光栅上获得两个布拉格反射峰.这两个布拉格反射峰差值与覆盖材料折射率有关,而与光纤光栅所受应力与环境温度无关,因此用这两个布拉格反射峰差值作为测量量对折射率测量,可减小应力与环境温度的影响,实现高精度的折射率传感测量.实验表明,当维持环境温度恒定时,光纤光栅轴向应变在线性变化范围内,该传感器测量折射率时不受应力与温度变化的影响.折射率液在1.4298～1.4479范围内,该传感器的折射率测量分辨率为0.0001.     

基于侧边抛磨光纤的侧面熔粘耦合的光纤耦合器

针对熔融拉锥法难以应用于制作特种光纤耦合器的情况,研究设计了一种适用于光子晶体光纤(PCF)或椭芯保偏光纤(ECPMF)等特种光纤耦合器制作的光纤侧边抛磨、侧面熔粘(FSA)耦合方法。通过建立仿真模型优化了光纤侧边抛磨的抛磨区包层剩余厚度等关键参数,利用侧边抛磨单模光纤(SMF)成功制作出FSA侧边抛磨光纤耦合器,并测试了光纤耦合器的相关特性参数。实验结果显示,侧面FSA耦合方法可制作耦合比(CR)为0～90%的特种光纤耦合器;所制作的光纤耦合器附加损耗(EL)小于0.5dB;在100nm光波长范围内,波长相关损耗(WDL)小于1dB;耦合输出端的偏振相关损耗(PDL)在光波长1310nm、1550nm处分别为0.30dB、0.45dB。研究结果验证了光纤侧边抛磨、侧面FSA耦合方法制作特种光纤耦合器的可行性,为有特殊要求的PCF或ECPMF等特种光纤耦合器制作奠定了方法基础。     

新型可调谐光学衰减器研究

研究一种具有光敏液晶(LC)深层的可调谐光学衰 减器(TOA)。将光敏LC材料涂覆在 侧边抛磨光纤(SPF)抛磨区表面。在环境温度为45℃时,器件衰减值 可调谐范围达15dB。在周 期性泵浦光照射下,器件调谐性能可逆并可重复,响应时间小于5s。泵浦 光照射时,光敏LC材料发生相变,其涂覆层折射率发生变化,器件衰减值随之改变。 本文的TOA结构简单,成本低,易于同其它光纤器件连接和集成,在全光通 信系统中有潜在应用价值。     

基于侧面抛磨锗芯光纤的折射率传感器

通过抛磨单模-多模-单模(Single mode-Multimode-Single mode,SMS)光纤结构,设计制作一种光纤折射率传感器。多模光纤选用的是纤芯直径为16μm的锗芯光纤,纤芯直径较小,使制作的传感器尺寸较小,从而在传感应用中具有较高的样品利用率。单模光纤纤芯直径为8.4μm,可确保抛磨至多模光纤纤芯附近时单模光纤的纤芯不被破坏。SMS被AB胶固定在玻璃槽内,使得侧面抛磨光纤具有很好的鲁棒性,可重复使用性。制备并侧面抛磨了锗芯光纤长度分别为0μm、23μm、70μm、690μm、2 mm的SMS光纤结构。对产生的传输光谱进行测量,发现前4个样品随着周围环境折射率的增加,谐振波长向长波长处偏移;而前3个样品的折射率测量灵敏度随着锗芯光纤长度的增加而提高。当锗芯光纤长度为70μm时,在1.333~1.367折射率区间内,灵敏度可以达到623.5 nm/RIU。然而,过长的锗芯光纤导致折射率测量灵敏度降低。当锗芯光纤长度为2 mm时,抛磨过程中激发产生了包层模,导致传输光谱复杂、不稳定,而且长波处产生了较大的插入损耗。     

侧边抛磨光纤聚合物热光复合波导的稳态温场分析

根据热传导理论,建立了用聚合物热光材料包裹侧边抛磨光纤并在其中埋入电极的热学模型,利用有限元方法对该模型的热场分布进行了数值计算与分析。在器件结构的三维模型中,考查了沿光纤传输的z方向以及光纤截面内的x,y方向,从这三个方向分析和比较了电极单条直放结构与电极螺绕排布结构时热光材料的温度场分布情况。本工作确定了用聚合物热光材料和侧边抛磨光纤来制作新型无源器件时,实现较优温度场分布的合适的电极排布结构方式。     

空心光纤特性分析与实验研究

为了探讨光功率在空心光纤中传输的变化规律,采用电磁场和几何光学理论的分析方法,并结合空心光纤特有的传光机理,得出了子午光线和小于最小半径的弧矢光线无法在纤芯与空心处正常传播的推论。并导出了空心光纤的传输损耗与空心、纤芯和包层折射率之间的关系。最后,运用上述结论对一系列的实验作了深入的分析,并用笔者建立的传输损耗公式(16)解释了树脂固化时,折射率上升与光纤输出光功率增强的变化规律等。     

基于窄带光纤光栅的单边带调制及其传输特性

利用自制的窄带光纤Bragg光栅(NFBG)获得了单边带(SSB)调制信号,并在标准单模光纤(G.652)上分别进行双边带(DSB)和SSB调制信号的传输,传输了155 km G.652后采用自制的啁啾光纤Bragg光栅(CFBG)进行色散补偿.结果表明,在同样的入纤光功率下获得相同的误码率(BER),SSB信号的功率代价比DSB信号的小,在BER为E-12数量级时,SSB信号的功率代价比DSB信号小0.8 dB.     

极化保偏光纤结构对器件中电场强度的影响

针对可能的侧面抛磨的极化保偏光纤的电极结构，在提出相应的数学模型的基础上，分析了电极形状、被抛磨侧面与纤芯的距离、侧面抛磨后光纤两侧的厚度等结构参数对极化保偏光纤中电场强度及其分布产生的影响。由此分析得到了优化的极化光纤器件结构。     

Effect of Overlaid Material on Optical Transmission of Side-Polished Fiber Made by Wheel Side Polishing

The performance of optical power transmission through a side-polished fiber on which materials of different refractive indices were overlaid is investigated. The experiments show that the transmitted optical power through the side-polished fiber varies with the refractive index of the overlaid material. The result of our experiments fits well the theoretical calculation. Side-polished fiber manufactured by wheel polishing method can be used not only to control optical power transmission through the fiber core but also as a refractive index sensor.     

对称光学结构的双光信道旋连接装置

本文介绍了双光信道旋转连接器的实现方法,提出了实现双信道互连的对称光学系统结构和基于这种光学结构的双光信道旋转连接器。详细分析了这种光学结构的设计原理,并对光路进行了计算和分析,指出了它在中间环节需要旋转耦合连接的仪器设备中的应用前景。     

锥形光纤的功率分布特性

从波动理论出发,对锥形光纤的纵向传播常数进行泰勒(Taylor)级数展开,经近似得到了锥形光纤功率分布的解。基于此理论,对锥形光纤的功率分布特性进行了讨论,并分析了锥形光纤的长度、锥度和光纤折射率等参数对锥形光纤不同模式功率分布的影响。为了减小功率泄漏,当光从锥形光纤大端入射时,应当减小锥长,减小锥度,增大纤芯包层折射率差;当光从锥形光纤小端入射时,应当增加锥长,增加锥度,增大纤芯包层折射率差。在长锥长、大锥度情况下,光纤折射率分布的影响相对较小。     

光纤连接器反射特性的研究

主要研究常用的垂直端面连接器的光反射特性。通过测量光纤垂直端面的光反射分析光纤抛光端面上的高折射层厚度与反射比的关系,环境温度与反射比的关系特性;光纤端面不抛光而直接连接时的反射比与温度、空气隙度等的关系特性,给出垂直端面上的高折射率层的折射率和厚度计算与测量方法。实验结果与分析相吻合。     

基于光纤端面回波的流体折射率传感器

从理论和实验上研究了一种操作简单、价格低廉、灵敏度高的折射率光纤传感器。该传感器采用光纤回波强度调制原理,用半导体激光器作为光源,普通光功率计作为光电探测器,传感头为普通光纤端面。根据回波损耗随界面物质折射率不同而发生变化的机制,导出相对回波强度与折射率之间的对应关系。计算证明相对回波强度参量的引入能够有效地消除仪器的不稳定性、内部损耗和环境影响带来的测量误差,提高测量精度。灵敏度分析表明,对于具有0.01dBm的仪器测量精度,相应的折射率分辨率可达2×10-4折射率单位。实验结果表明在液体折射率1.30~1.45的范围内,测量值均能很好地与理论值相符合,且相对偏差低于5%。