锥形光纤的调制特性研究

将通信光纤的末端拉制成锥形能实现光纤之间的耦合,在锥形光纤耦合系统中,载波(被信号所调制的光波-光脉冲)在经过锥形光纤耦合后(连接与分束)其脉冲变化特性对锥形光纤通讯系统是十分重要的。在实验上检测了锥形光纤中光脉冲的调制特性,并从理论上引入脉冲归一化振幅,讨论色散和非线性效应对脉冲的影响,得出光脉冲在经过锥形光纤耦合传输后其形状保持不变的结论。     

微振动对空间光-光纤耦合的影响及补偿方法

为了增强空间光-光纤耦合的耐振动性能,提高耦合效率,首先对微振动环境下空间光-光纤的耦合特征进行了分析,设计了一种新的锥形接收器;然后,并对锥形接收器的全反射特征和耦合性能进行了理论分析,在微振动环境下,新的锥形接收器耦合效率高于普通光纤接收器;最后,进行了实验研究,采用普通光纤作为接收器时,耦合效率随着振幅的增大而迅速降低,当振幅从0增大到280μrad时,耦合效率从95%降低至10%,但采用新型锥形光纤接收器时,耦合效率从95%降低至55%。结果表明,在微振动环境下,新型接收器能有效提高空间光光纤的耦合效率。     

双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪的温度特性

对适用于温度传感的双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪进行了研究,并通过将一根单模双芯光纤熔接在两根单模光纤之间,制得了双芯光纤马赫-曾德尔干涉仪型梳状滤波器.用干涉原理分别分析了该器件传输谱的自由空间谱宽与波长、双芯光纤的长度和两纤芯间的有效折射率差的关系,实验检测了它的温度特性.结果显示,随着温度的升高,该器件的传输谱发生红...     

高功率高耦合效率光纤模场匹配器

为了提高大模场面积光纤到单模光纤的耦合效率,利用加热扩芯的方法,对单模光纤进行了热扩芯处理,实现了大模场面积双包层光纤15/130μm到单模光纤6/125μm的模式匹配。对进行热扩芯处理的模场匹配器的传输损耗进行了理论分析;利用自行搭建的中心波长为1 064nm的激光光源分别测量了商用及自制的模场匹配器的传输损耗。实验结果表明:采用加热扩芯的方法极大地提高了大模场面积光纤到单模光纤的模场匹配器的模式耦合效率。与商用的模场匹配器相比,自制的模场匹配器具有更高的耦合效率和运行功率,其热处理能力更强,可靠性也更好,运行功率可以达到100W;在进行风冷的情况下,稳定工作时间累计为120min,最终可以获得73W的单模光输出,热处理能力为27W。模场匹配器性能的提高满足了高功率光纤元器件发展的需要,有利于实现光纤激光系统的全光纤化。     

半导体激光器与单模光纤耦合实验研究

报道运用廉价的模压非球面透镜耦合系统对半导体激光器与单模光纤耦合进行实验研究，耦合效率达33％．容差较大．该结果应用于EDFA，获得了17dB的净增益。这一系统适用于0．67μm、0．98μm、1．48μm、0．8μm泵浦的EDFA以及LD与SMF的耦合实际系统．     

湍流环境中光纤耦合效率的提高

在空间激光通信应用中,空间光与单模光纤的耦合效率是影响通信系统性能的重要因素。考虑大气湍流会降低激光与光纤的耦合效率,本文从湍流强度与光学系统分辨率之间的关系出发,研究了大气湍流对光纤耦合效率的影响,导出了接收口径、系统焦距、入射光波长、接收光纤半径、大气相干长度等与单模光纤耦合效率之间的关系。提出了两种在湍流环境中提高光纤耦合效率的方法。方法一是在外界湍流强度发生变化时,通过改变耦合系统焦距,使耦合效率保持在较高值;方法二则是采用锥状光纤接收来提高耦合效率。最后对提出的方法进行了分析、仿真和室外耦合效率测试,验证了所提出的改善耦合效率方法的有效性。     

光纤传感测量中耦合系统的设计

根据光纤传感测量中光源的选取原则,将半导体激光器作为光纤传感器的光源并选取单模光纤作为尾纤,基于光学设计软件Zemax纯非序列光学系统,设计了一种半导体激光器与单模光纤的耦合系统。通过分析半导体激光器的光束特性及半导体激光器与单模光纤的耦合模场理论,由一个球透镜和一个准直透镜构成组合透镜耦合方式,达到提高耦合效率和容忍度的目的。设计时在非序列光学系统下进行了百万次光线追迹,仿真得到所设计系统的耦合效率为78%左右,而实验测试结果为69.11%,由此对误差产生的原因进行了分析。     

自由空间紫外光通信系统中LED光传输模型研究

自由空间大气是紫外光通信的信道,光在大气中的传输特性直接决定了通信的质量。研究紫外LED光辐射的大气传输特性,以辐射传输理论为基础,分析了Bouguer定律的缺陷,并提出了修正方案;在单次散射原理基础上对大气中直射和斜射散射光传输特性进行了详细推导,结合LED配光曲线得出紫外LED光的大气传输解析模型。研究结果为紫外自由空间光通信系统的设计提供参考。     

偏振干涉型单模光纤偏振特性测试仪的研究

单模光纤已广泛应用于光通信和随后发展起来的光纤传感器上,尤其在相干光通信发展以来,光纤的偏振特性显得非常重要,而干涉型和偏振型光纤传感器中,自然要涉及光纤的偏振特性,因此光纤偏振特性的研究是近年来一个引人瞩目的课题。     

基于单模光纤耦合器的Haar小波滤波器系数的实现

给出了光波导式小波滤波器的设计方案,该方案采用单模光纤耦合器作为系数实现载体,通过控制特性参数实现了具有不同分光比的耦合器基本单元,然后组合和级联基本单元实现特定的小波滤波器系数,具有精确度高,集成度好,稳定性强的优势。分析了与系数实现相关的熔锥型单模光纤耦合器的形状特性,横截面沿纵向变化的锥形区和横截面近似不变的耦合区内的耦合特性,根据理论推导,用仿真手段设计3 dB单模光纤耦合器,实现了Haar小波的滤波器系数,误差在3%以内,证明了光波导式小波滤波器设计方案的正确性和有效性。     

连续Nd:YAG激光光纤耦合效率的实验

对0.6mm芯径3m长光纤输出100W连续Nd:YAG激光的光纤耦合效率进行了实验分析。围绕光纤耦合效率相关的量:激光模式、发散角、数值孔径、焦斑直径、精密光纤耦合器等问题进行了讨论;并给出实验结果:3m长光纤输出0～100W激光耦合效率典型值≥87%,最佳值为90%.     

光电互联电路中激光器与光纤间接耦合仿真分析

随着大数据、云计算、5G 通信等新兴产业的蓬勃发展,数据中心的信息量成指数增长。光电互联电路可实现数据中心服务器内部板间、组件之间、芯片之间的高速、高带宽、高密度、低功耗、低损耗的信息传输,可有效解决高速电互联技术的传输瓶颈。采用光纤作为传输介质可有效降低光电互联电路的制作成本,激光器与光纤的耦合对准技术则是实现光电互联电路的关键技术之一。文中利用ZEMAX光学软件建立了激光器与光纤间接耦合模型,仿真分析了激光器纵向偏移误差、横向偏移误差、角度偏移误差和45°耦合机构倾斜角角度加工误差对耦合效率的影响。仿真结果可为光电互联电路的设计与制造提供指导。     

Design and optimization of tapered structure of near-field fibre probe based on finite-difference time-domain simulation

The finite-difference time-domain method was employed to simulate light propagation in tapered near-field fibre probes with small metal aperture. By conducting large-volume simulations, including tapered metal-cladding waveguide and connected optical fibre waveguide, we illustrated the coupling between these guiding modes as well as the electric field distribution in the vicinity of the aperture. The high collection efficiency of a double-tapered probe was reproduced and was ascribed to the shortening of the cut-off region and the efficient coupling to the guiding mode of the optical fibre. The dependence of the efficiency on the tapered structure parameters was also examined.     

球透镜耦合效率研究

根据能量积分法计算了球透镜用于激光二极管(LD)与单模光纤(SMF)之间耦合的耦合效率,并对其进行研究。结果表明:当采用单球透镜时,所带来的轴向偏差为±30 μm,横向偏差为±1.0 μm,沿着X-Y平面的轴向倾角偏差为±1.2°;当采用双球透镜时,角向偏差最大,横向偏差次之,轴向偏差最小。     

柱状楔形微透镜光纤与半导体激光器耦合效率研究

为了提高半导体激光器与光纤耦合的耦合效率和失配容忍度,提出了利用带柱状楔形微透镜的多模光纤与大功率单片式宽发射域半导体激光器进行耦合的新技术。采用光线追迹的方法,进行数值模拟。通过对光纤微透镜结构参数进行优化,得到了高达99%的理论耦合效率。同时,还在理论上讨论了耦合时在光线传输方向上的失配容忍度。在实验中,得到了最高为87.06%的耦合效率。     

Lensed plastic optical fiber with an aspherical fiber end formed by joining an aspherical plastic lens and a plastic optical fiber using laser transmission welding

In optical communication systems which require the coupling of the light source to the fiber, efficient coupling can be practically realized either using a separate lens or by direct formation of the lens at the fiber end. A novel lensed plastic optical fiber (LPOF) is presented with efficient coupling of the plastic optical fibers with a light source. An aspherical plastic lens was bound with a flattened plastic fiber end by laser transmission welding (LTW) to form an aspherical fiber endface which can provide better coupling efficiency than a spherical fiberface. An analysis demonstrates that LTW can offer strong welding with small heat affected zones that are appropriate for commercial use. In this study a useful method for manufacturing lensed-end fibers is developed and demonstrated experimentally.     

一种新型的模式复用器

为了进一步提高光纤通信传输容量以及突破单模光纤的容量极限,提出了一种新型的模式复用器结构,该结构可以将单模光纤中的纤芯基模转换为双模光纤中的高阶模。基于耦合模理论,通过MATLAB仿真与计算,证明此复用器的模式转换率可以达到100%,转换带宽为10nm。由于其良好的转换效率和带宽,此复用器装置可以用于模分复用传输系统中来增加光纤通信的传输容量。     

Vibration sensitivity of the scanning near-field optical microscope with a tapered optical fiber probe

In this paper the Rayleigh-Ritz method was used to study the scanning near-field optical microscope (SNOM) with a tapered optical fiber probe's flexural and axial sensitivity to vibration. Not only the contact stiffness but also the geometric parameters of the probe can influence the flexural and axial sensitivity to vibration. According to the analysis, the lateral and axial contact stiffness had a significant effect on the sensitivity of vibration of the SNOM's probe, each mode had a different level of sensitivity and in the first mode the tapered optical fiber probe was the most acceptive to higher levels of flexural and axial vibration. Generally, when the contact stiffness was lower, the tapered probe was more sensitive to higher levels of both axial and flexural vibration than the uniform probe. However, the situation was reversed when the contact stiffness was larger. Furthermore, the effect that the probe's length and its tapered angle had on the SNOM's probe axial and flexural vibration were significant and these two conditions should be incorporated into the design of new SNOM probes.     

Refractive index sensor based on fiber loop ring-down spectroscopy

An optical fiber refractive index sensor based on fiber loop ring-down spectroscopy and a tapered fiber was fabricated using an ordinary single mode fiber with an arc fusion splicer. The performance of the sensor was controlled by the parameters of the tapered fiber. A fiber loop ring-down spectroscopy system was employed to enhance the sensitivity and demodulate the transmission spectrum. The results showed that a sensor with a waist diameter of 14 m and a length of 1.2 mm had good optical performance. By monitoring the ring-down time of the system, relatively high sensitivity of 411.576 s/ RIU was achieved with refractive index values from 1.333 to 1.412. This sensor offers few interferences, high sensitivity, easy fabrication, and low cost.