两种介质模型啁啾长周期光纤光栅的色散分析

为了更加准确地研究薄包层CLPFG(啁啾长周期光纤光栅)的传输与色散特性,仿真分析了单轴晶体光纤的二、三层介质模型所得纤芯模有效折射率的差别以及中心波长的差别,并基于该差别,采用数值分析的方法研究不同包层半径、包层模序对CLPFG色散性能的影响。结果表明,当单轴晶体光纤包层半径与包层模序较小时,两种光纤介质模型的纤芯模有效折射率有较大差别。对于两种介质模型的光纤光栅,降低包层半径或增大包层模序数都有利于增大色散。文章的分析方法和结论为CLPFG的分析和设计提供了理论依据。     

LPFG折射率模式响应及其在传感建模中的应用

基于光纤光栅的模式耦合理论,采用严格的数学模型,给出了三层介质长周期光纤光栅(LPFG)的纤芯模和包层模的本征方程,分析了长周期光纤光栅中的纤芯模式和包层模式的有效折射率随外界环境折射率变化的情形,以及外界环境折射率变化对长周期光纤光栅谐振波长的影响.通过在长周期光纤光栅外涂覆折射率对外界环境变化敏感响应的特定薄膜可以显著提高其传感测量的灵敏度.研究结果可为长周期光纤光栅传感器结构参数的优化设计和实际应用提供理论支持.     

环境折射率对长周期光纤光栅谐振波长的影响

长周期光纤光栅是近几年出现的新型光纤器件,表现为前向传播的纤芯导模与同向传播的各阶次包层模在特定波长时的模式耦合,因此它在温度、应变、折射率传感方面比普通的光纤光栅有更大的优越性.运用耦合模理论,首先讨论了长周期光纤光栅的谐振波长,并模拟了其透射谱.其次在理论上详细分析了长周期光纤光栅对环境折射率的敏感特性,讨论了环境折射率敏感度因子与包层模次数的关系,并比较了不同环境折射率下的灵敏度.最后模拟了在环境折射率小于光栅包层折射率的情况下,谐振波长随环境折射率变化的规律.     

高灵敏度长周期光纤光栅温度传感器的研究

采用纤芯弹光系数大于包层弹光系数的长周期光纤光栅,且在其包层外面涂覆一层随温度升高折射率减小的薄膜材料,同时采用线膨胀系数较大的金属封装光栅等三种增敏措施,可提高长周期光纤光栅温度传感器的灵敏度,测得其灵敏度系数为0.237 5 nm/℃,温度分辨率小于0.1 ℃.     

积分法求解长周期光纤光栅透射谱研究

基于光纤光栅的模式耦合理论,用德拜势能法对纤芯、包层内的电磁场进行矢量分析,得到纤芯及各包层中的各矢量场分量的表达式,求解出纤芯和包层模的耦合常数和有效折射率后,利用数值积分的方法通过求解耦合模方程得到光纤光栅的透射率。积分法是一种较为精确的求解透射谱方法,为长周期光纤光栅的优化设计和其在光纤通信、光纤传感领域的高精度测量提供理论依据。     

积分法求解长周期光纤光栅透射谱研究

基于光纤光栅的模式耦合理论,用德拜势能法对纤芯、包层内的电磁场进行矢量分析,得到纤芯及各包层中的各矢量场分量的表达式,求解出纤芯和包层模的耦合常数和有效折射率后,利用数值积分的方法通过求解耦合模方程得到光纤光栅的透射率。积分法是一种较为精确的求解透射谱方法,为长周期光纤光栅的优化设计和其在光纤通信、光纤传感领域的高精度测量提供理论依据。     

旋转折变型长周期光纤光栅实现应变和温度的同时测量

提出一种基于旋转折变型长周期光纤光栅(R-LPFG)实现应变和温度同时测量的新方法.旋转折变型长周期光纤光栅是利用高频CO2激光在扭曲的普通单模通信光纤上制作的.这种特殊折变结构实现了纤芯基模与非对称包层模L1k奇模和偶模的同时耦合,从而导致R-LPFG的谐振峰发生分裂.通过对这种光栅的应变和温度特性进行实验研究发现,当对它施加轴向应力时,其传输谱的两个谐振峰会向不同方向漂移;而当外界温度改变时,两个峰则会向同一方向漂移且波长漂移灵敏度几乎相同,大约为0.07 nm/℃.     

长周期光纤光栅温度传感器应变交叉敏感的研究

长周期光纤光栅是透射谱光栅,纤芯基模与同向各阶包层模发生耦合,谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感,比传统布拉格光纤光栅具有更好的温度、应力、弯曲、扭曲、横向载荷、折射率等的传感特性.由于长周期光纤光栅对两个或者多个参量都是敏感的,当光纤光栅用于传感测量时,很难分辨出各个参量分别引起的被测量的变化,交叉敏感问题比布拉格光纤光栅严重的多.交叉敏感是光纤光栅传感中的关键问题.分析了目前较为典型的解决策略和方案,在此基础上提出了联系的思想和解决方案,提出并实验验证了一种解决长周期光纤光栅温度传感测量中应力与温度的交叉敏感问题.充分利用了LPFG温度与应变交叉敏感的现象,利用联系的思想,将应变对温度的负面干扰转变为正面的增敏.     

长周期光纤光栅波导色散因子和有效折射率热光系数的测量

对串联的长周期光纤光栅(CLPFG)的透射谱特性进行了理论分析和实验研究。分析表明,长周期光纤光栅中纤芯模和包层模之间的马赫曾德尔干涉效应导致在长周期光纤光栅谐振峰内的梳状滤波结构特性;其峰值位置和峰间距同串联区光纤的长度以及光纤的波导色散因子有关。测量了长周期光纤光栅的透射谱,并研究了其温度特性。根据测量数据,得到对应于1554 nm波长处,所用单模光纤HE14模的波导色散因子γ为0.874;纤芯/包层有效折射率差的热光系数为4.8×10-5℃-1。并对这一测试方法和结果,以及长周期光纤光栅的应用进行了讨论。     

小区域腐蚀的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪传感特性研究

基于尾纤端面镀金属反膜的单根长周期光纤光栅,提出了一种包层部分腐蚀的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪结构,提高了长周期光纤光栅(LPFG)的灵敏度。应用干涉原理,得出了长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪干涉波峰随外界环境折射率的变化关系。并从实验上对腐蚀前的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪和带腐蚀结构的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪的折射率传感灵敏度进行对比。结果表明,包层部分腐蚀的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪反射谱中的干涉峰值对折射率传感的灵敏度得到了显著的提高,对于折射率为1.333和1.352的液体,干涉峰值的移动量从0.9 nm增加到3.4 nm。     

基于单一倾斜光纤光栅的温度应变同时测量

利用光纤光栅分析软件OptiGrating对倾斜光纤光 栅温度与应变传感进行系统的理论仿真,研究发 现,温度、应变的变化都可以引起倾斜光纤光栅的纤芯模和包层模谐振峰的漂移,而且温度 和应变对纤芯 模与包层模的影响是各不相同的。利用倾斜光纤光栅这一特性,提出了一种基于单一倾斜光 纤光栅的温度 与应变同时测量的传感系统,并通过实验进行了验证。在实验中,光电探测器可以将倾斜光纤 光栅的波长的 漂移转换成电压的变化,由此得到了倾斜光纤光栅只受温度变化时,随着温度的变化,示波 器测到其纤芯 模与包层模的电压(峰—峰值)的变化呈线性变化,其斜率分别为0.063mV/℃和0.001mV/ ℃;其只受 应变变化时,随着应变的变化,示波器测到其纤芯模与包层模的电压(峰—峰值)的变化也 呈线性变化, 其斜率分别为0.009mV/με, 0.001mV/με。研究结果将对倾斜光纤光栅的传感应用具 有一定的指导意义。     

基于掺铒光纤的长周期光纤光栅滤波器的研究

研究了基于掺铒光纤的长周期光纤光栅的纤芯基模、包层模式的有效折射率随波长的变化关系,及两者之间耦合后的透射谱线.结果表明,直接在掺铒光纤上制作长周期光纤光栅与其他光纤相比同样可以达到滤波效果,并且同种类型光纤之间的熔接耦合损耗要小于不同种光纤之间的熔接耦合损耗.     

倾斜长周期光纤光栅薄膜传感器特性研究

为设计高灵敏光纤光栅薄膜传感器,基于耦合模理论研究了表面镀制高折射率敏感薄膜的倾斜长周期光纤光栅（TLPFG）耦合特性和薄膜折射率传感特性。TLPFG能激发高阶（角向序数l1）包层模耦合,高阶包层模耦合系数随倾角增大而增大,80时,高阶包层模耦合系数远小于1阶包层模耦合系数。研究表明,光栅倾角变化不影响包层模耦合谐振波长,但影响光谱透过率。进一步研究了TLPFG在80时1阶5次包层模耦合的光谱透过率对薄膜折射率变化的响应,分析了光栅结构参数（L、、）和薄膜参数（h3,n3）对薄膜折射率响应灵敏度的影响,结果表明,响应灵敏度相比于非倾斜LPFG可提高一个数量级,对薄膜折射率的分辨率可达10-9。     

长周期光纤光栅耦合特性及模拟分析

本文采用简化的三层光纤模型,分析长周期光纤光栅的耦合特性,着重对包层模场分布及其与纤芯基模的耦合系数进行研究,运用计算机软件包Matlab进行建模计算,得出纤芯基模和一阶低次包层模的场、能量分布及其相互耦合规律.分析中应用了图解法和简化计算的方法,数值计算结果表明纤芯基模与一阶低次奇模的耦合要比其与一阶低次偶模的耦合强得多.该特征(耦合特性和图表)和国外报道相符.     

长周期光纤光栅中纤芯导模与包层模耦合分析

基于简化的长周期光纤光栅模型 ,从理论上分析了其纤芯导模与包层模之间的耦合 ,忽略了一些弱模式耦合 ,包括轴向的模式耦合 ,包层模之间的耦合 ,及基模与偶次包层模之间的耦合 ,在特定波长处只考虑数个奇次包层模耦合 ,简化了长周期光纤光栅的模式耦合 ,从而得到解析解 ,并由此得到相应的透射光谱。与其它模型结果相比较 ,其理论结果与实验结果吻合较好 ,计算量大为减少     

长周期光纤光栅对外界折射率的敏感性

研究了长周期光纤光栅对外界折射率的敏感特性,包括耦合波长和耦合系数随外界折射率变化的情况。运用耦合模理论,通过理论分析计算和实验测试,给出了在外界折射率小于、接近和大于光栅包层折射率等不同情况下,耦合波长和耦合系数随外界折射率变化的规律。     

微结构相移光纤光栅的反射谱特性分析

相移光纤光栅作为一种透射型滤波器,在光通信和传感领域有着广泛的应用.文章介绍了一种基于光纤包层刻蚀技术的新型微结构相移光栅,利用光纤双包层理论分析了包层刻蚀深度和环境折射率对纤芯基模有效折射率的影响,并将谐振理论与传输矩阵法相结合,详细分析了刻蚀深度、刻蚀宽度和刻蚀位置与微结构相移光纤光栅的反射谱之间的关系.     

含涂覆层长周期光纤光栅温度特性研究

提出在含涂覆层的标准通信光纤中用800nm红外飞秒激光直接写入了长周期光纤光栅（LPFGs）。从理论上分析了光纤涂覆层对于纤芯基模和包层模有效折射率的影响,并进一步研究涂覆层对LPFGs温度灵敏度的影响。分别对制作的去除涂覆层和含涂覆层LPFGs的低阶包层模进行了温度特性实验。结果表明：涂覆层的存在不仅能成为LPFGs理想的保护层,更重要的是将LPFGs的温度灵敏度提高到0.1173 ,与理论分析吻合。这种含涂覆层光纤光栅若作为温度传感器,将有着良好的机械强度和温度灵敏度。     

半腐蚀长周期光纤光栅光谱特性研究

基于长周期光纤光栅(LPFG)包层有效折射率与包层半径的良好相关性,提出一种半腐蚀长周期光纤光栅的新颖设计。将一根长周期光纤光栅分成等长的两部分,用HF酸腐蚀其中的一半区域,此时整根LPFG可看成具有不同谐振波长的两个半长度LPFG的级联。利用传输矩阵方法和三层介质光纤模型的色散方程分析了该种LPFG的光谱特性:随着腐蚀段包层半径的减小,两个分裂峰谐振波长之间距离增大,且模式越高间距越大。同时实现了应变和温度的同步测量,得到应变和温度的传感精度分别为±8.9με和1.4℃。因此半腐蚀LPFG传感器可为解决LPFG交叉敏感问题提供有效方法。     

长周期光纤光栅谐振波漂移规律研究

为了研究长周期光纤光栅纤芯、包层半径及折射率改变时光栅有效折射率和耦合系数的变化规律,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,总结出长周期光纤光栅结构参量与透射谱谐振波漂移的关系。结果表明,当光纤结构参量a1,a2,n1和n2增大时,谐振波向短波方向漂移,仅当周期Λ增大时,谐振波才向长波方向漂移。这一结果对设计长周期光纤光栅是有帮助的。