利用双参考光纤光栅的光纤光栅传感解调系统

光纤Bragg光栅是一种波长调制型光纤器件,利用光纤Bragg光栅反射波长对某外界参量(即待测量)的敏感效应,可以研制出光纤光栅传感器.对于光纤光栅传感系统而言其关键技术是如何解调,而在使用可调谐F-P滤波器解调时,只是注意避免光纤光栅的交叉敏感,却忽略了对可调谐滤波器的稳定性考虑.通过对可调谐F-P滤波器性能的分析,利用双参考光纤光栅得出基于可调谐F-P滤波器解调的准分布式光纤光栅传感解调系统,该系统对于外界环境稳定性好,测得数据可靠.     

基于温控系统的太赫兹可调谐滤波器

集成太赫兹滤波器是实现集成太赫兹通信系统的基本器件之一,为了使太赫兹滤波器实现片上可调,提出了基于温控系统的太赫兹可调谐滤波器。相比于其他的太赫兹滤波器,提出的片上可调谐滤波器的调谐方法简单,尺寸小,可以很好地与其他太赫兹器件集成到晶片上。利用温控系统改变晶片的温度,再利用硅材料的热光效应改变折射率,使得微环耦合状态发生变化,从而让太赫兹滤波器的谐振峰发生漂移。在将加热片从30℃逐渐加温到90℃的过程中,太赫兹可调谐滤波器在180 GHz附近的谐振峰中心频率从180.453 GHz逐渐减小到180.224 GHz,变化范围为0.229 GHz,谐振深度从-68 dB逐渐变化为-44 dB,半高宽由原来的0.040 GHz逐渐变为0.246 GHz。     

用于DWDM的可调谐光学滤光器设计

根据多光束干涉原理,提出了一种基于铌酸锂晶体的游标式级联型可调谐滤波器的设计思想.利用铌酸锂的电光效应,通过调节级联电压,改变光波导的折射率,从而实现调谐滤波的功能.该滤波器设计用于波分复用(DWDM)系统中信道的选择.     

一种基于电容加载环形谐振器的可调谐滤波器

为了实现多频段射频信号的同时处理,提出了一种基于电容加载环形谐振器的双频可调谐带通滤波器。在对环形谐振器等效电路进行分析的基础上给出了可变电容加载的环形谐振器结构形式,实现了对谐振频率的调谐;然后对可调滤波器的端口电抗特性进行了分析,设计了实现双频可调谐滤波器;最后设计加工了工作于330~400 MHz之间的双频可调谐滤波器,两个通频带之间可以独立调谐,并且通带互相之间的影响很小。     

聚合物全息传感器的光热效应及其可调谐滤波特性

为改善光学可调谐滤波器的不足——无法满足非接触、无机械部件、无外部电路驱动,研制了还原氧化石墨烯纳米粒子掺杂的光致聚合物,并记录了全息体光栅。在光致热效应下,该光栅的衍射光谱能够产生相应的波长快速移动,从而调谐输出光波长。试验优化了纳米粒子的最优掺杂比例,并对比测试了光热可调谐滤波性能。结果证明,基于光致聚合物的全息体光栅能够快速、大范围、可逆的调谐衍射光波长,实现滤波器的能力。     

基于声光调谐的扫频光源

提出了一种利用声光调谐方法进行滤波的扫频光源来提高它的输出稳定性。阐述了实现光源稳定输出的原理和方法,研究和分析了光源的相关参数。该系统采用声光调谐的方法代替机械滤波的方式。在一个环形腔内,使用半导体光放大器(SOA)作为增益介质,声光可调谐滤波器(AOTF)作为波长选择元件,利用声光调谐的原理对腔内的光进行选频滤波。在280mA的注入电流下,得到了1 294~1 368nm的扫频光源,其中心波长为1 328nm,半高全宽为51nm,扫频速度为3 731Hz,环形腔内直接输出的光功率为1.14mW。由于AOTF是电控制元件,波长的调谐不需要机械移动部件,故提高了系统的稳定性,输出光谱的重复性也很好。实验显示:通过这种方法获得的扫频光源输出稳定,基本满足扫频相干层析成像系统对扫频光源工艺参数的要求。     

一种梯形干涉链可调谐光滤波器的设计与研究

结合Mach-Zehnder干涉原理和多模干涉(MMI)耦合器的散射矩阵,从理论上推导出梯形干涉链可调谐光滤波器(LTOF)输出光场的表达式,采用优化算法搜索出不同级联级数下MMI耦合器的最佳分光比,并分析了衍射阶数和电极长度对LTOF调谐输出性能的制约关系。结果表明,对应最大峰值功率,存在随级联级数增加而增大的最佳分光比;增加级联级数会导致峰值功率和3 dB带宽减小,峰值隔离度增大;电极长度为原电极的1.4倍时,可实现LTOF连续双向宽调谐的功能。通过比较,验证了理论模型及分析方法的正确性。     

一种导模共振窄带宽的平顶滤波器设计

鉴于导模共振滤波器具有高峰值反射率、低旁带反射、窄带以及带宽可控等优良特性,采用亚波长光栅的导模共振效应设计了一种平顶滤波器。通过将亚波长光栅与类法布里-珀罗腔结合使用,实现了窄带宽平顶滤波的效果。基于严格耦合波分析方法和等效介质理论,使用FDTD软件对光栅衍射效率进行了仿真分析。仿真结果表明,平顶滤波器在1 130 nm处可获得2 nm宽的平顶,同时半高全宽达到6 nm,透射效率达到98%。通过微机电系统可以线性调节类法布里-珀罗腔的厚度,该器件可调谐的波长范围为1 130～1 300 nm,可应用于光通信、光开关等领域。     

双重滤波扫频光源的研制

扫频光源是目前光学相干层析成像的关键部分,其光谱带宽和瞬时线宽分别影响着成像系统的轴向分辨率和成像深度。在单一滤波器中,这两者相互制约。针对这一情况,提出了一个利用两种滤波器组合优化的扫频光源系统。以双半导体光放大器并联作为增益介质,将声光可调滤波器(AOTF)和法布里-珀罗可调滤波器(FFP-TF)串联接入环形腔内进行双重滤波。其中AOTF的调谐范围和瞬时线宽均较宽,FFP-TF与之相反,经同步匹配设置后,两者协调工作,能够发挥各自的优势。通过搭建系统,获得了中心波长为1 316 nm的扫频激光输出,其光谱是1 235～1 380 nm,调谐范围是145 nm,瞬时线宽小于0.02 nm,扫频速度为1.35 kHz,输出光功率为0.48 mW。该扫频光源能够克服单一滤波器的固有缺陷,实现宽光谱带宽与窄瞬时线宽的有效统一,对成像综合性能的优化具有重要意义。     

亚波长导模共振滤波器的研究概况

基于导模共振效应的亚波长滤波器具有高峰值效率、宽窄带以及低旁带等特点,是一种性能优良的滤波器结构。简要介绍了导模共振滤波器的基本理论、分析方法和一维双层亚波长光栅结构,从可调谐、多通道以及彩色滤光三个应用方面总结了导模共振器件的研究进展,并分析了关键技术和技术难点。阐述了该器件的重要研究意义和应用价值。     

基于AOTF技术的光纤损耗光谱检测系统设计

提出了一种新型的基于声光可调滤光器(AOTF)的便携式光纤损耗光谱检测系统。建立了光纤损耗光谱检测的数学模型和检测系统总体结构。该系统利用声光可调滤光器的电可调谐特性,采用DSP进行智能化控制,实现对光纤中信号光的快速光谱扫描,测量出被测光纤对不同波长的信号光的衰减特性。最后给出了实验结果和讨论。     

A Novel Opto-Mechanical System Coupled to a Spectrophotometer for Measuring Coatings on Small Size Substrates and Optical Fiber Filters

Abstract

A novel opto-mechanical system coupled to a commercial spectrophotometer using optical fibers was developed to measure optical transmittance of small samples, like filters deposited on optical fiber tips or micrometric substrates, as well as to investigate transmission uniformity of filters by surface scanning. It consists of two identical modules, reference and sample, both inserted in the chamber of the spectrophotometer. Each module was formed by an optical fiber, 200 µm core diameter and numerical aperture of 0.22, supported by adjustable positioning mounts for easing alignment. The system was validated by measuring the transmittance spectrum of a coated glass substrate with and without the opto-mechanical system, showing no significant differences between both methods. To determine the system versatility were undergone two transmittance experiments: one for a filter deposited on the tip of an optical fiber and the other by scanning the surface of a coated glass substrate. It can be concluded that the opto-mechanical system allows to measurement the transmittance of small size filters and optical fibers filters, as well as to scan over large coated surfaces to investigate coating uniformity.     

长周期光纤光栅及其在通信传感领域的新应用

长周期光纤光栅是一种新型光纤器件。介绍了长周期光纤光栅的耦合机理、制备方法以及应用。其耦合机理是前向传输的纤芯基模与前向传输的各阶包层模式之间的耦合。制备原理是对光纤横向曝光,使光纤的折射率指数在轴向发生周期性变化。阐明了长周期光纤光栅用于带通滤波、光上下路复用、光纤光源、光纤耦合、偏振器件、新型传感等新技术领域的思路,给出了具体实现方法。并通过与其他方案对比,说明了基于长周期光纤光栅器件的优点,肯定了长周期光纤光栅在通信传感领域的价值。     

∝型平坦展宽频谱可调全光时延线

根据全光网交换和高速时分复用技术对时延调节的需求,提出一种新的基于光纤非线性效应的∝型全光再生可调时延线。该时延线由小段高非线性光纤、色散补偿光纤、光纤光栅滤波器和光纤放大器等构成;利用自相位调制、小量群速度色散效应、以及光波分裂效应获得携带近似线性时延的平坦化展宽光谱,并在波长可调谐光纤光栅的配合下实现时延控制,同时具有对工作波长进行适当变换的功能。单皮秒脉冲演变数值分析显示其在10nm的波长范围内的调节量可达300ps以上,在40Gbps脉冲序列仿真传输实验中Q值可达23.6。仿真实验结果表明:设计的时延线在保证输出脉冲质量仍然良好(比特误差率(BER)10-12)的情况下获得了较大的时延调节量,能满足全光网和高速时分复用系统的需求。     

基于双通道M-Z干涉仪的FBG光开关研究

为降低电光开光的插入损耗并提高性能,提出了一种基于双通道可调谐马赫-曾德(M-Z)干涉仪制作的光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)光开关,通过改变干涉仪中的可调电动光纤延迟线的延迟时间,实现滤波谱周期的可调谐。通过改变干涉仪其中一臂的延迟时间设定,该光开关能够实现对设定波长光波的开关功能。对光纤M-Z干涉滤波原理进行了理论分析,使用C波段宽带放大自发辐射光源对双通道可调M-Z干涉仪的性能进行了测试。结果表明,其可实现大范围及高精度的滤波调节功能。对基于双通道可调谐马赫-曾德干涉仪制作的FBG光开关,通过FBG开关性能检测系统实验,得到该光开关在波长为1 550nm处的输出光谱,光开关的消光比达到25dB。结果表明,该光开关能够实现大范围高精度滤波功能,具有高消光比、结构简单和易于调节等优点。     

机械感生长周期光纤光栅的可调谐环形光纤激光器

将采用机械感生法写制的长周期光纤光栅(MLPFG)串入环形腔中,设计了一种新颖的L波段可调谐环形掺铒光纤激光器(EDFL)。抽运光源为980nm半导体激光器,使用掺铒浓度为5×10-4,长度为12m的铒纤作为增益介质,通过调整待写制光纤与周期性压力槽之间的夹角,改变MLPFG的写制周期,调谐MLPFG透射谱,进而影响环形腔增益最高点,光纤激光器波长可调谐范围可达42nm(1562.465～1604.280nm),激光光谱3dB带宽0.04nm,20dB带宽0.08nm,边模抑制比45dB。长时间观测表明,激光功率稳定性优于0.2dBm。实验显示,该光纤激光器具有带宽较宽,线宽较窄及性能稳定等特点。     

非连续线性啁啾取样布拉格光栅型多信道光纤滤波器的设计

介绍了一种基于取样布拉格光纤光栅获得多信道光纤滤波器的方法。通过设计一种非连续阶梯型啁啾取样的布拉格光栅结构,可以分别实现单个信道宽度为50,100和200GHz的光纤滤波器。光纤滤波器的每个信道的宽度几乎完全相同,具有平顶、峭沿和高透射率特点,相邻信道间隔离深度超过28dB,平均插入损失不超过0.1dB,3dB带宽内相位响应起伏在5～30ps。利用介绍的方法制作具有相应非连续线性啁啾系数的全息相位掩模板,易于制作,成本低,重复性好。通过改变相应的光纤光栅参数,可以实现不同信道宽度的,性能稳定、可重复性高的光纤滤波器,在高速光通信系统以及光互连中有着非常好的应用前景。     

一种新型多功能快速分光式膜厚仪

介绍了一种高性能的多通道光学薄膜膜厚监控系统的设计与制作,系统使用了ＣＣＤ作为线阵探测器。详细论述了光源、接收器以及光纤导光系统的设计过程。实验表明该设备可以用于高精度高速测量,也适合于监控制作多层膜滤光片。     

Compact optical fiber sensor smart node

We present a new optical fiber sensor interrogator specifically designed for an embedded instrumentation system. The proposed system consists of a super luminescent diode as a broadband source, a high speed tunable micro-electro-mechanical system (MEMS) filter, photodetector, and an integrated microprocessor for data aggregation, processing, and communication. The entire system is integrated together in a compact package to create a fiber "smart" sensor. The system is capable of interrogating a variety of multiplexed fiber sensors, processing the data, and communicating the results digitally. As an example, the system has been calibrated with an array of fiber Bragg grating sensors.