手征负折射率包层光纤的模式特性研究

对手征负折射率包层光纤的导模和表面波模的特性进行了理论研究,导出了模式特征方程,给出了3种不同参数情形下的模式的色散曲线、能流分布和归一化功率随归一化频率的变化关系曲线,并且与负折射率介质光纤和一般手征光纤的模式特性进行了比较.结果发现,其存在两个单模区,在某些频段,表面波模的能流和功率在一般介质的纤芯内为负而在手征负...     

应用等效折射率模型研究光子晶体光纤

应用等效折射率模型研究了光子晶体光纤(PCF)的传播特性.介绍了光子晶体光纤的等效折射率模型.通过求解标量波动方程得到了光子晶体光纤包层基空间填充模的模式折射率,利用阶跃光纤的理论来研究光子晶体光纤的导模特性.应用此模型对不同结构光子晶体光纤包层区的等效折射率与波长的关系进行了讨论.包层区等效折射率与芯子的折射率差随波长的增加而增大,并由此阐述了光子晶体光纤的单模特性.数值分析得到光子晶体光纤的基模的模式折射率,并由此研究了光子晶体光纤的波导色散与结构参量的关系.分析表明,光子晶体光纤的波导色散随空气孔孔距的变化符合Maxwell方程的比例性质.空气孔的相对孔径对波导色散有重要的影响.这些分析表明光子晶体光纤具有可以灵活设计其色散特性的潜在应用前景.     

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.     

用等效折射率法分析PCF的无尽单模特性

阐述了等效折射率方法,利用矢量波动方程分析了光子晶体光纤(PCF)包层空间填充基模的传播常数,有效折射率与波长的关系,并计算了纤芯缺陷分别为1孔,3孔,7孔时光纤的归一化频率.通过对归一化频率的分析,得出不同占空比时,光纤的无尽单模区、单模区与多模区的特性变化.这对设计单模大模场PCF提供了重要的参考.最后,对等效折射率模型做了进一步总结,介绍了其应用优点和局限.     

负折射率介质光纤的TM00导模特性分析

对芯层为负折射率介质,包层为普通介质的光纤的导模进行了研究,并对TM模中出现的TM00模进行了详细的分析.此模可能存在具有相同的纵向相移常数β和不同的横向相移常数T的两支特殊的简并模式.此外,对出现这种特殊简并模式的条件进行了讨论,并分析了此特殊模式的色散特性.     

增益导引和折射率导引在大模场单模光纤设计中的应用

传统的大模场光纤是通过设计光纤结构来获得大模场面积的,可以实现的模场面积只能达到几百平方微米。增益导引和折射率导引相结合是实现大模场单模光纤的一种新方法。通过分析增益因子对折射率以及归一化频率的影响,得到了光纤中各阶模式截止条件与纤芯包层折射率差和增益因子的关系。最后以包层折射率为1.5734,纤芯折射率为1.5689,纤芯半径为50μm,10%(原子数分数)重掺杂钕离子的磷酸盐光纤作为模拟计算对象,当波长为1.064μm时,得到其模场直径大于90μm。对于普通光纤,增益导引和负折射率导引相结合的方法对实现大模场单模传输很有前景。     

基于纤芯失配多模干涉的光纤折射率传感器

基于多模干涉效应的单模-多模-单模(SMS)结构光纤折射率传感器通常需要进行包层腐蚀来提高灵敏度,而且易受环境温度影响。为克服SMS结构的这些不足,提出了一种新型的基于纤芯失配多模干涉的光纤折射率传感器,由单模光纤-色散补偿光纤-单模光纤(SMF-DCF-SMF)级联光纤布拉格光栅(FBG)构成,长度不超过100mm。对其灵敏度、线性范围和温度特性等进行了测试,实验结果显示在测量折射率为1.33～1.39的折射率液时,特征波长与折射率呈线性关系,灵敏度为232.8nm,级联的FBG具有良好的温度校准功能。     

全内反射光子晶体光纤

从模式、色散、偏振和非线性等出发，对全内反射光子晶体光纤（TIR-PCF）进行了分析和讨论。运用有效折射率和有效归一化频率对TIR-PCF包层在短波区的色散特性进行了理论分析，解释了其零色散点兰移的特性，并与常规光纤进行了比较。     

增益导引折射率反导引光纤激光器研究进展

增益导引折射率反导引(GG IAG)光纤的特点是纤芯的折射率比包层的折射率小,增益效应保证了模式在此波导中的传输,从而使得该光纤在单模传输的同时,模场尺寸较传统光纤大幅增加。总结了增益导引折射率反导引光纤激光器的研究进展。分别综述了国内外增益导引折射率反导引光纤的理论分析,包括弯曲特性、模式耦合特性、增益饱和特性和温度特性,以及掺钕、掺镱增益导引折射率反导引光纤激光器的实验进展情况。讨论了增益导引折射率反导引光纤激光器在高功率光纤激光中的现状及现阶段急需解决的问题。     

单模光纤设计和性能的进展

本文对近年来长波长单模光纤设计和性能的进展作了综合评述。常规单模光纤的零色散波长在1．3μm有匹配包层和压低包层两种折射率分布，设计和选择芯径d、折射率差△、归一化频率V、截止波长λε、建模直径dp等参数时，要使1．3μm的损耗、色散和抗弯能力等性能最佳化。于是考虑波导色散抵消材料色散，使零色散波长移至最低损耗波长1．55μm及其附近窗口。这类光纤称为色散移位和色散平坦单模光纤，其折射率分布有三角形、分隔纤芯和四包层等几种设计。将MCVD、OVD、VAD、PCVD四种工艺的设计和性能列表相互比较。最后总结光纤通信所用单模光纤的现状和前景。     

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。     

双偏振微结构光纤光栅的折射率传感特性分析

研究了微结构光纤(MOF)布拉格光栅(FBG)的双偏振折射率传感特性。利用有限元方法对保偏微结构光纤(PM-MOF)的传输特性进行了分析,计算了传输特性曲线,分析了该种光纤单模传输的范围。同时结合耦合模理论,仿真了该种光纤均匀布拉格光栅在充入不同介质时的反射谱,得到两个偏振模LP0x1和LP0y1的中心波长差与介质折射率的关系曲线,通过特性曲线拟合出相应公式。同时,仿真了该光纤光栅的温度特性,研究结果表明,两个偏振模中心波长对温度响应相似,因此利用双偏振差分的方式来探测,具有较强的抗干扰能力,这一特性为光纤生物传感器的应用提供了理论依据。     

双包层手征光纤中的半漏模

研究了纤芯和内外外层都有手征的双包层手征光纤中的半漏模，给出了单包层和双包层手征光纤中几个低阶模的有效折射率和功率损耗系数随手征参数的变化关系曲线。结果表明，双包层手征光纤中的半漏模特性与半单包层手征光纤中的相比有很大的不同；当只有包层中有手征时，单包层手征光纤中也存在半漏模。     

基于周期压力单模光纤长周期光栅的折射率传感特性研究

利用交替放置的两个相同周期性刻槽板,对放置于套管中的单模裸纤和待测媒质施力,形成了具有复合光波导结构的长周期光纤光栅(LPFG)。实验研究了不同折射率待测媒质对LPFG传输谱的影响。结果表明:复合波导光栅的光谱呈现双谐振峰现象,且中心谐振波长随待测媒质折射率增大向短波长方向移动;包层模阶次越高,其中心谐振波长移动量越大。当折射率从1.33变化到1.43时,LP14包层模的中心谐振波长变化了7.2nm,所对应的传感器折射率灵敏度约为2.78×10-4 RIU。     

Characteristics of cladding index modulated fiber gratings for ambient refractive index sensing

Characteristics of cladding index modulated fiber gratings for ambient refractive index sensing is studied in this paper. The modes propagation properties and coupling properties in cladding index modulated FBG are studied based on the classical coupling mode theory while considering interactions among multiple modes and developed on a three-layer step-index fiber geometry. Evolution of cladding mode resonance spectra of cladding index modulated FBG with the decreasing of fiber diameter is simulated and compared with the core grating. Sensing characteristics of cladding modes resonance of cladding index modulated FBG to the variation of ambient refractive index is detailed and emphasized for cladding modes resonances has a much narrower bandwidth. Results show that cladding index modulated fiber grating has better spectrum for ambient refractive index sensing applications under the same sensitivity with core index modulated fiber grating and may be applied to many field including biochemical sensing and environmental monitoring.     

基于纺锤型空气腔的光纤马赫-曾德尔折射率传感器

设计了一种基于光纤纺锤型空气腔的三明治结构全光纤马赫-曾德尔折射率传感器。纺锤型空气腔是通过普通单模光纤和光子晶体光纤熔接后再拉锥形成的。锥区的纺锤型空气腔和包层分别作为参考臂和传感臂,从而形成马赫-曾德尔干涉。基于FDTD Solutions和COMSOL仿真软件分别对传感器的干涉条纹及锥区电场分布进行了仿真,得到了折射率传感器干涉条纹波谷波长和有效折射率与环境折射率的关系。当环境折射率为1.36~1.37和1.37~1.38时,灵敏度分别为1 377.6和1 436nm/RIU。此传感器具有极短的干涉臂,能够降低损耗,且具有较高的折射率灵敏度。     

光纤传感器在液体参量测量中的应用

介绍了一种利用锥形光纤探头测量液体参量的新方法,并且对不同探测条件下的灵敏度作出了比较。在标准的纤芯-包层-涂敷层传感光纤的光线泄漏区,液体通过压力管口被喷射到光纤上作为涂敷层。液滴由压力管口自动喷射出来,通过改变气体压力以及液体密度、黏度、表面张力等物理参量,就可以控制液滴的直径、折射率等参量。在光线泄漏区,传感光纤包层模式功率随着液体参量的改变而改变,从而锥形光纤探头探测到的输出功率也随之改变。实验以橄榄油、甘油、松节油为测量对象,解决了油类液体参量测量难度大的问题,测量灵敏度可以达到折射率每变化0.01,功率改变2~4 dB。该方法与以往所做的对沿光纤传播的包层模式功率的损失特性的简单分析对比,测量结果与理论曲线十分相符。     

基于单模光纤偏芯结构的光纤折射率传感器研究

基于迈克尔逊(Michelson)干涉仪(MI)原理,结合光纤传感器的特性,设计和实现了一种单模光纤(SMF)偏芯干涉仪结构光纤折射率传感器,并针对蔗糖溶液进行了折射率的测量。实验结果表明:这种传感器的传感范围在1.33～1.39时,特征波长与外界折射率有单调的递减变化关系,蔗糖折射率每变化0.01时,特征波长平均变化约为0.12nm。这种传感器结构简单,灵敏度较高,能够实现液体折射率与浓度变化的在线检测。     

用于测量折射率的光纤迈克尔逊干涉型传感器

提出了一种基于单模光纤-四芯光纤-薄芯光纤(SMF-FCF-TCF)迈克尔逊干涉结构的折射率传感器。采用直接熔接的方式将各光纤进行熔接,由于各光纤之间纤芯的直径不匹配,因此在光纤的熔接处会发生光的激发和耦合。薄芯光纤端面涂覆有一层银面反射膜并用紫外固化胶进行保护来增强光在端面的反射率。四芯光纤作为传感结构中的耦合器,激发了更多的光进入薄芯光纤的包层中,提升了传感器的灵敏度。对传感器的折射率和温度传感特性分别进行了实验探究,实验结果表明,在折射率1.3333~1.3794范围内的灵敏度为137.317 nm/RIU,线性度为0.999,并且温度对传感器的影响较小。该传感结构熔接方式简单,在折射率测量领域具有一定的应用前景。