用于高精度光纤陀螺的光纤放大器光源

介绍了应用于光纤陀螺的掺铒光纤超荧光光源的研究现状,比较分析了掺铒光纤光源5种主要结构的优缺点,在此基础上得出了光纤放大器结构的光源既可以有效提高光纤陀螺的检测精度和稳定性,又可以降低成本.针对光纤放大器光源,分别分析了泵浦功率、泵浦波长、反馈以及铒纤温度对其平均波长稳定性的影响.为了消除反馈对光纤放大器光源平均波长稳定性的影响,根据超荧光光源的偏振态效应,在光源中加入了偏振器来控制反馈的偏振态,从而降低了反馈对光源平均波长稳定性的影响,并采用长周期光纤光栅作为滤波器,有效地提高了光纤放大器光源的波长稳定性.     

高平均波长稳定性超荧光光纤光源

光纤陀螺要求其光源具有高功率、宽谱输出,同时在大温度范围内仍具有好的平均波长稳定性。为了满足-45℃~70℃大温度范围的应用需求,采用双程后向抽运、法拉第旋转反射、带通滤波等技术手段,对光纤材料和器件进行大温区全局优化,以改善超荧光光纤光源的平均波长稳定性。理论分析了不同中心波长和带宽的带通滤波器以及光纤长度等参量对平均波长稳定性的改善效果,以及和光谱带宽的关系。按照设计结果选择滤波、光纤长度等参量,通过对-45℃~70℃全温区范围进行系统全局优化设计,得到输出功率为32mW,功率稳定性为0.65%,光谱带宽为12.5nm,光源平均波长变化量为23.5×10-6。结果表明,平均波长稳定性在0.5×10-6/℃以下的高稳定性超荧光光纤光源中,32mW输出功率非常高;所得的0.2×10-6/℃是115℃大温差范围、30mW以上超荧光光纤光源中非常优异的平均波长稳定性指标,满足光纤陀螺对光纤光源的要求。     

高平均波长稳定性超荧光光纤光源

光纤陀螺要求其光源具有高功率、宽谱输出,同时在大温度范围内仍具有好的平均波长稳定性。为了满足-45℃~70℃大温度范围的应用需求,采用双程后向抽运、法拉第旋转反射、带通滤波等技术手段,对光纤材料和器件进行大温区全局优化,以改善超荧光光纤光源的平均波长稳定性。理论分析了不同中心波长和带宽的带通滤波器以及光纤长度等参量对平均波长稳定性的改善效果,以及和光谱带宽的关系。按照设计结果选择滤波、光纤长度等参量,通过对-45℃~70℃全温区范围进行系统全局优化设计,得到输出功率为32mW,功率稳定性为0.65%,光谱带宽为12.5nm,光源平均波长变化量为23.5×10-6。结果表明,平均波长稳定性在0.5×10-6/℃以下的高稳定性超荧光光纤光源中,32mW输出功率非常高;所得的0.2×10-6/℃是115℃大温差范围、30mW以上超荧光光纤光源中非常优异的平均波长稳定性指标,满足光纤陀螺对光纤光源的要求。     

泵浦功率对掺铒光纤光源性能影响的实验研究

超荧光掺铒光纤光源技术是高精度光纤陀螺的关键技术之一,其优劣直接影响陀螺的性能。在完成铒纤长度优化设计的基础上,实验分析了泵浦功率对掺铒光纤光源平均波长以及带宽的影响,同时在-20-60℃的温度范围内,测量了不同泵浦功率条件下掺铒光纤光源平均波长、带宽和输出功率随温度的漂移。实验结果表明,当泵浦功率在60—120mW范围内时,平均波长受泵浦功率的影响约为-6．5ppm／mW,可以根据光纤陀螺对输出功率和带宽大小的要求在此范围内选择合适的泵浦功率。最终装配样机的平均波长的长期稳定性（6h）达到5ppm（峰-峰值）,短期稳定性（1h）达到2ppm,可以在此基础上定制合适的光纤光栅滤波器,对ASE光谱进行滤波,使谱形满足高精度光纤陀螺的要求．     

超辐射掺铒光纤光源平均波长稳定性分析

为了解决高精度光纤陀螺要求长时间的标度因数稳定性到10-5以下,必须确保高精度光纤陀螺所采用的掺铒超辐射光纤光源具有非常稳定的平均波长.从超辐射掺铒光纤光源的结构出发,推导出其平均波长主要受到温度、抽运功率、抽运波长、抽运光偏振态以及光纤陀螺返回光功率的影响.详细分析了以上因素对于超辐射掺铒光纤光源平均波长稳定性的影响,并介绍了消除或者减小这些影响因素的措施.同时还总结了提高超辐射光纤光源的平均波长稳定性的相关技术,采用这些技术可以获得平均波长随温度变化系数±0.05×10-6/℃的高稳定性掺铒超辐射光纤光源.对于掺铒超辐射光纤光源在高精度光纤陀螺中的实际应用具有指导意义.     

采用光纤滤波器的高波长稳定性掺铒光纤光源

研究了双程后向结构掺铒光纤光源的平均波长对泵浦功率的赖性。实验结果表明,通过采用掺铒光纤滤波器以及选择合适的泵浦功率,平均波长随泵浦功率的变化能够降低到-9 ppm/mW。在-40~+60℃ 温度范围内,光纤光源的平均波长不稳定性小于33 ppm(峰峰值)。采用5 m 长的掺铒光纤、泵浦功率55mW 与泵浦波长974.2nm 时,光纤光源输出光波的谱宽达到17nm,功率达5.83mW。     

光纤陀螺用掺铒光纤超荧光光源的优化设计

本文通过光功率分配器仅用一支980 nm激光器对同一段掺铒光纤进行双向泵浦,且通过在光纤端面镀膜实现光源双程化,将双程前向和双程后向结构结合在一种结构中。首先初步优化光纤长度,获得输出光波长随泵浦功率的高稳定性,之后采用1530/1550光波分复用器进行光谱平坦处理,拓展带宽到大于22 nm,并在此基础上做温度稳定性实验,结果显示,在0～60 ℃温度范围内,中心波长稳定性保持在4 ppm/℃以下,在20～30 ℃范围内,波长稳定性可达1～2 ppm/℃。综合考虑光纤陀螺应用需要的三个指标,实验优化得泵浦电流为80 mA时,光源中心波长温度稳定性计算为2.70 ppm/℃,3dB带宽为22.85 nm,光谱平坦度为0.2 dB,输出功率为5.17 mW,此时功率效率为9.92%。该工作条件对满足高精度光纤陀螺有很好的参考价值。     

双级单泵浦结构的高斯型掺铒光纤光源研制

高斯型掺铒光纤光源稳定性高，可有效减小光纤陀螺相位误差，从而提高光纤陀螺的测量精度。通过对掺铒光纤光源的经典结构进行理论分析，提出了由双程前向结构和单程后向结构复合而成的双级单泵浦结构，并对其进行光路结构仿真，以确定最佳的光路参数范围。泵浦输出波长和功率的稳定性直接影响光源的功率稳定性和平均波长稳定性，因此针对电流驱动型泵浦激光器设计了恒流驱动方案和恒温控制方案。试验结果表明，所研制的掺铒光纤光源在-45～65℃的温度范围内，全温功率变化率为8.27%,全温平均波长稳定性为1.7×10^-6 K^-1。     

一种新型光纤光栅温度补偿装置

光纤布拉格光栅(FBG)中心反射波长随温度变化会发生漂移,影响光纤激光器输出波长的稳定性和光纤光栅传感器精度.为消除光纤光栅中心波长温漂特性,设计了一种新型光纤光栅温度补偿装置,详细阐述了其工作原理,并理论推导了点胶位置的计算公式.这种新结构易调整光纤光栅粘结位置,从而可调整光纤光栅温度补偿有效长度.为验证结构设计和理论分析的正确性,搭建了实验系统,并对封装前后光纤光栅中心反射波长温度漂移率进行了测试.测试结果表明,在-30～70℃温度范围内,封装前光纤光栅中心反射波长的温度漂移率为0.0095 nm/℃,封装后中心反射波长温度漂移率仅为0.0002 nm/℃,温度稳定性提高了约40倍.     

基于光纤光栅和环形器的高温度稳定性OADM的研究

报道了一种基于光纤光栅和环形器的高温度稳定性OADM。下载中心波长 15 5 2 .5 2nm ,邻道串扰小于 -2 5dB。采用负热膨胀系数的材料对光纤光栅进行封装 ,在环境温度范围为 -2 0℃～ 60℃时 ,中心波长变化 0 .0 0 2 2nm/℃ ,温度稳定性远高于未补偿光栅指标 0 .0 1nm/℃。     

DBR单纵模光纤激光器波长温度调谐

报道了采用DBR方式,利用8 mm的高浓度掺Yb3+单模光纤,实现了波长为1 064 nm的单纵模调谐激光稳定输出的实验结果。该DBR谐振腔有效腔长为16 mm,输出最大功率为7.4 mW,通过半导体制冷器温控改变谐振腔的温度,实现了0.824 nm的单纵模无跳模调谐。采用光纤外差法,并利用低损耗环形器和光纤反射镜倍增延迟线长度提升测量精度的方式,测量得到激光最大线宽为4.4 kHz。单纵模激光的弛豫震荡峰位于900 kHz处,其相对强度噪声为-110 dB/Hz,当频率大于1.5 MHz时相对强度噪声为-145 dB/Hz。     

Tuning of a Tm3+:Ho3+: silica fiber laser at2 μm

Thermal tuning of a Tm³⁺:Ho³⁺:SiO₂ glass fiber laser was investigated. As a function of fiber length and temperature, the emission wavelength can be varied between 1960 and 2032 nm. The bandwidth of the laser emission is about 2 mm. Besides the wavelength also the change of threshold and slope efficiency with temperature and fiber length and the fiber absorption were measured     

低温环境下FBG温度传感特性研究

在低温环境中,光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)材料的热膨胀系数和热光系数会发生改变,从而影响其温度传感特性。文章通过实验研究了裸光纤光栅传感器和黄铜管封装的光纤光栅传感器在低温下的温度传感特性。结果表明,在80~300 K温度范围,裸FBG温度传感器的灵敏度为6.43 pm/K,线性度为0.974,在80~230 K温度范围,温度与光纤光栅的中心波长呈现非线性关系;黄铜管封装的FBG温度传感器,在整个温度范围内灵敏度可达26 pm/K,线性度为0.996,较裸FBG温度传感器均有较大提升。对比实验表明,对光纤光栅进行封装,可以提高其温度灵敏度和线性度,改善温度传感特性。     

多芯光纤光栅形状传感性能与重构误差研究

多芯光纤光栅形状传感技术利用空分复用以及应变监测的优势,结合不同的栅点布设方案,实现待测对象的连续曲率和形状传感。首先介绍了多芯光纤光栅曲率和挠率传感原理,提出采用齐次矩阵变换的三维重构算法实现光纤的三维形状重构。为了探究不同光栅密度对实验精度的影响,利用算法编程模拟了不同光栅间距下的三维形状重构精度,依据模拟仿真的结果,建立了不同光栅间距与三维重构误差之间的关系。三维形状传感实验使用光栅间距为10 cm和5 cm的七芯光纤光栅串。实验结果表明,最大误差出现在尾点处,分别为2.56 cm和1.15 cm,占全长的3.2%和1.4%,平均误差为1.32 cm和0.62 cm,占全长的1.7%和0.8%。实验结果与仿真值比较接近,说明可以依据仿真结果对不同光栅间距下的三维形状误差进行预测。结合具体的应用场景合理配置测点资源,在较低的成本范围内实现高性能的检测。     

Postfabrication wavelength trimming of fiber Bragg gratings writtenin H2-loaded fibers

A postfabrication technique for writing fiber Bragg gratings in H ₂-loaded fiber with precise wavelength control is reported. The grating wavelength is highly stable and less than a 0.01-nm shift was observed after storing at room temperature for two months. This technique allows 1 nm of wavelength trimming and significantly enhances the grating thermal stability     

温度不灵敏光纤光栅

提出了一种小型的实现温度补偿的光纤光栅组件.该器件包括两种具有不同热膨胀系数的物质.通过改变加在光纤光栅上的应变可以补偿温度变化引起的光栅布喇格波长的漂移.该组件在-20～40℃的温度范围内.波长变化仅有0.12nm.是未补偿光纤光栅的1/6.     

基于侧边抛磨与覆盖材料的光纤光栅温度补偿新方法

提出并演示验证了将负热光系数的聚合物材料覆盖在侧边抛磨光纤光栅的抛磨区实现光纤光栅温度补偿的新方法。实验结果表明,这种新方法的温度补偿效果良好,封装后的光纤光栅处在63～79℃的环境温度时,可使其温度敏感度降低为未补偿时的1/16;当处在58～101℃的环境温度时,其温度敏感度降低为未补偿时的1/4。温度补偿封装后的光纤光栅器件直径只有2mm,长度为20mm。     

Narrow-band rejection filters with negligible backreflection usingtilted photoinduced gratings in single-mode fibers

Suppression of the forward propagating LP₀₁ core mode of >17 dB with <-30-dB backreflection over a narrow wavelength band is demonstrated utilizing a tilted photoinduced Bragg grating in a deep depressed inner cladding single-mode fiber (SMF). Theoretical and experimental results detailing the tilted grating filter performance in matched cladding, depressed inner cladding, and photosensitive cladding SMF's are presented     

基于长周期光纤光栅的光纤液位传感器

为了测量液位在警戒值附近变化的情况, 采用新款光纤熔接机制作了一种基于锥形结构的长周期光纤光栅测量液位的光纤传感器, 对传感器进行了理论分析, 搭建了液位传感实验系统, 根据传感器对外界环境的折射率灵敏度, 测量浸没在液体中的光纤长度。结果表明, 在0 mm~12 mm的液位测量范围内, 光纤液位传感器的峰值波长灵敏度和透射功率灵敏度分别是0.700 nm/mm和1.377 dB/nm。该传感器对液位变化测量较为准确, 且采用刻栅方式可有效解决传统长周期光纤光栅中存在的非对称模耦合和偏振依赖性高等问题, 同时具有制作简单、成本低和应用前景广泛等优点。     

基于折反射星敏感器光学系统的光纤光栅温度传感器设计

为了实现太空环境下的卫星折反射星敏器光学系统中特殊结构部位的传感器的安装及温度监测,排除应变对传感器的影响,设计了一种适用于光纤光栅的环形特殊封装结构。并对传感器进行了温度标定、拉伸、温度重复性、振动及热真空实验。实验结果表明:这种封装形式的光纤光栅温度传感器线性度为0.998,温度灵敏度为8.5~8.7pm/℃,同一温度下,中心波长变化量在2pm以内,同时,该结构形变产生的应变对传感器中心波长没有影响;在振动及热真空环境下,传感器的性能不会受到影响。