新型长周期光纤光栅的扭曲特性研究

发现高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅（LPFG）具有独特的扭曲特性：1）扭曲特性具有明硅的扭曲方向相关性——顺时针扭曲时谐振波长发生“红”移，逆时针扭曲时谐振波长发生“蓝”移，无论顺时针还是逆时针扭曲损耗峰幅值都近似线性减小；2）若被扭曲的光纤比被扭曲的长周期光纤光栅长得多，则扭曲时长周期光纤光栅谐振波长和幅值的变化出现周期性的起伏。利用扭曲光栅引起椭圆双折射进而导致偏振态变化的相关理论合理解释了这些独特的扭曲特性。     

基于液晶超薄涂覆层的长周期光纤光栅温度特性的研究

采用液晶超薄涂覆层的双包层光纤模型,利用耦合模理论对长周期光纤光栅涂覆层折射率、温度特性进行研究,并通过实验和计算机模拟,得出长周期光纤光栅透射谱谐振波长于超薄涂覆层折射率及温度的关系。     

表面膜层参数对长周期光纤光栅特性的影响

采用严格的耦合模理论建立了表面涂覆弱吸收薄膜长周期光纤光栅（LPFG）的理论模型，用微扰法对复数超越特征方程进行了求解。研究发现，对应某一膜厚，存在一折射率范围，有效折射率的变化和谐振波长偏移特别明显；但消光系数对有效折射率和谐振波长的影响则很小。从功率密度分布曲线可看出低阶奇次包层模式与纤芯模式的耦合要强于低阶偶次包层模式与纤芯模式的耦合，消光系数引起的功率损耗较小。薄膜折射率对透射谱的变化（幅度和谐振峰偏移）影响很大；消光系数对谐振峰偏移影响很小，对谐振峰幅度的影响与具体的薄膜折射率有关。结果表明，敏感薄膜折射率和消光系数与传感器的灵敏度高低有直接关系，传感器的结构优化非常必要。     

级联长周期光纤光栅的温度特性研究

对级联长周期光纤光栅(C-LPFG)的温度敏感特性进行了理论和实验研究。讨论了C-LPFG的谐振波长温度灵敏度与包层模的阶次、光纤光栅周期的关系,进行了20～80℃温度传感实验,实验结果表明,谐振波长与温度成线性响应,升降温数据的重复性比较好,测得其谐振波长温度灵敏度为0.250 1nm/℃、而相同参数的LPFG所测得的谐振波长温度灵敏度为0.131nm/℃。表明,C-LPFG的温度灵敏度远高于同样参数的LPFG。     

3包层模型长周期光纤光栅透射谱的温度特性

为了研究长周期光纤光栅透射谱的温度特性,采用光纤3层模型进行了仿真研究,得出了1阶低次包层模与导模耦合时透射谱的变化规律。结果表明,在低温度范围内,其透射峰的深度基本不受温度的影响,不同谐振波长对应不同的温度灵敏性,次数越高灵敏度越高,K7=0.04951nm/℃,K3=0.04246nm/℃,但同一谐振波长对温度的响应具有良好的线性关系。     

长周期光纤光栅液体温度传感特性研究

从长周期光纤光栅温度传感特性的基本原理入手,分析了长周期光纤光栅在液体环境中的温度传感特性,并对其在液体溶液中和空气中的温度特性进行了对比实验研究。实验结果表明,长周期光纤光栅在液体中的温度特性与在空气中的一致,均随着温度的升高,谐振波长向长波长方向漂移,温度降低时,谐振波长向短波长方向漂移,且基本成线性关系。在30℃到90℃范围内,液体环境温度灵敏度约为0.079nm/℃,损耗峰幅值波动不超过2.3dB。     

长周期光纤光栅温度传感性能分析

长周期光纤光栅的谐振波长与温度的变化基本呈线性关系,线性拟合的标准差可以表示长周期光纤光栅损耗峰对应波长的波动性。提出了一种初步衡量长周期光纤光栅的温度传感性能优劣的方法,即用长周期光纤光栅温度灵敏度与拟合标准差的比值P的大小来判断长周期光纤光栅的温度传感性能优劣。大量的实验数据证明,长周期光纤光栅温度传感特性的优劣与参数P的大小是一致的,即P值越大则长周期光纤光栅的温度传感特性越好,P值越小则长周期光纤光栅的温度传感特性越差。     

保偏光纤长周期光栅特性的研究

报道了写于熊猫光纤上的长周期光栅特性的实验研究结果。测得了对应于熊猫光纤两个轴的长周期光栅谐振峰的温度和应变响应系数。结果表明，在所研究的温度和应变测量范围内，温度和应变响应曲线具有良好的线性。快、慢轴谐振峰的温度响应系数及应变响应系数具有相反的符号。还研究了该熊猫光纤长周期光栅的金属化特性，结果表明，在所测量的范围内，谐振峰的波长随所加的功率线性增加，而谐振峰损耗量的变化小于0．3dB。基于平板波导耦合理论，对实验中观察到的现象给出了定性的解释。     

飞秒激光烧蚀长周期光纤光栅的高温特性研究

为了探索包层去除型长周期光纤光栅的高温传感特性,利用中心波长为800 nm,脉冲宽度为120 fs的飞秒激光烧蚀直写而成并对其进行高温传感检测。首先,通过两块轴线互相垂直的柱透镜将入射激光聚焦成细长焦线,并借助垂直方向CCD成像系统精确定位光纤与焦点的相对位置;然后,通过激光器内嵌shutter与运动平台的耦合控制,实现光纤光栅的精确去除加工;最后,将写制的光纤光栅置于800℃的高温炉中放置2 h。利用高温管式电热炉对所加工光纤光栅在30~1100℃内进行温度传感测试,发现其在30~300℃内谐振波长的温度灵敏度为51 pm/℃,线性度为0.956;但在高温段300~1100℃内,其温度灵敏度达到了135pm/℃,线性度高达0.999。实验结果表明,这种通过包层表面定量去除的长周期光纤光栅更适用于高温及超高温环境的传感检测。     

线性啁啾长周期莫尔光纤光栅的理论研究

以经典耦合模理论为基础,结合线性啁啾长周期莫尔光纤光栅的结构特性,给出了线性啁啾长周期莫尔光纤光栅的耦合系数和耦合模方程,并用龙格库塔迭代法数值求解耦合模方程,对该类型光栅的光谱特性和时延特性进行了理论分析。分析结果表明,线性啁啾长周期莫尔光纤光栅的相移特性和切趾特性,使得该类型光栅在波分复用全光网中有着很好的应用前景,如可用作宽阻带带阻滤波器、宽阻带梳状滤波器、色散补偿器等。     

改性纳米二氧化钛修饰长周期光纤光栅的折射率传感特性

为进一步提高长周期光纤光栅(LPFG)的折射率灵敏度,制作了改性纳米二氧化钛粒子(TiO2)修饰LPFG的传感器.利用TiO2表面水解后产生的羟基与聚丙烯酸上的羧基结合实现对其表面进行改性,通过共价键结合方式将改性后纳米TiO2粒子固定在光栅表面构成TiO2-LPFG传感器.实验研究了该传感器对折射率和温度响应特性.结...     

改进型飞秒写制长周期光纤光栅及其高温特性

基于双CCD对光纤夹持运动系统进行五维初步定 位,通过计算机控制运动平台和飞秒 激光,采用改进型的逐点扫描 方法在未经载氢的SMF-28光纤纤芯区域进行矩形区域扫描,降低了逐点刻写法对聚焦光点 与纤芯对准的敏感性,成功刻写出 在1250～1400nm波段主谐振峰值达－19dB的长 周期光纤光栅(LPFG),光栅长为16.5mm。对写制的LPFG进行高温 特性分析,实验获得其在300～800℃范围主谐振峰的温 度响应灵敏度达到139.27pm/℃,线性度为0.993。研究表明:改 进型的飞秒激光逐点扫描方法稳定可靠,刻写的光栅尺寸小,并且光栅在高温范围有很高 的响应灵敏度,特别适用于高温检测。     

基于均匀级联光纤光栅的全光纤脉冲压缩器的数值模拟

给出了基于均匀级联光纤光栅的全光纤可调谐脉冲压缩器的结构设计.对皮秒脉冲在此压缩器中的演化过程进行了数值模拟和分析.数值结果表明,适当选择光纤光栅及入射脉冲的参数,脉冲能够得到有效压缩.进一步的研究发现,如果脉冲光源带有一定的负啁啾,脉冲将被压缩的更窄,而且所需的光栅长度也明显减小.     

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。     

腐蚀长周期光纤光栅温度稳定性研究

长周期光纤光栅在光纤通信和传感等方面应用广泛,温度稳定性是其在实际应用中一个十分关键的问题。本文分析了腐蚀长周期光纤光栅(LPFG)温度特性,通过测试包层半径分别为62.5μm5、0μm、40.25μm和34.5μm的长周期光纤光栅的温度特性,得到了光栅温度灵敏度随着包层模半径的减小及耦合包层模阶次的升高而灵敏度减小,提出了提高长周期光纤光栅温度稳定性的新方法。     

高灵敏度级联长周期光纤光栅温度与应变传感的理论研究

根据长周期光纤光栅(LPFG)的温度和应变特性,从理论上设计一种具有更高灵敏度的传感器。将两个具有不同包层参数和周期的长周期光纤光栅串联起来,构成光纤光栅传感器;并对其进行数值模拟,结果表明此传感器具有更高的温度和应变灵敏度,同时能实现双参数测量。对影响传感器灵敏度的因素进行了进一步分析表明光栅包层参数、周期对灵敏度都有一定影响,在其他参数不变的情况下高阶模次的灵敏度高于低阶模次,这一结果能进一步提高灵敏度。     

基于级联长周期光纤光栅的新颖温度传感器

设计了一种基于级联长周期光纤光栅(Long period fiber grating)的新颖温度传感器.理论上得到光栅间光纤的长度随温度增加变化时,级联LPG的干涉峰将线性地向长波方向漂移,其消光比亦将呈现线性变化.实验上制作出了基于级联LPG的光纤温度传感器.利用其某一干涉峰的中心波长和消光比测量温度变化时,测量灵敏度分别为0.0353 nm/℃和0.0684 dB/℃.基于级联长周期光纤光栅的温度传感器具有广泛的应用前景.     

V-I传输矩阵方法在布拉格光纤光栅分析中的运用

介绍了V-I传输矩阵方法用于布拉格光纤光栅的理论分析,该方法通过参量变换将相邻薄层间的界面矩阵退化为单位矩阵,从而大大提高了计算效率。从传输矩阵出发,数学上推导出耦合模方程,证明了该方法的正确性,有助于加深对V-I传输矩阵方法物理机制的理解。数值模拟分析发现V-I传输矩阵方法具有计算快速、简单明了的优点。最后还指出V-I传输矩阵方法仅适用于短周期光纤光栅,若要运用于长周期光纤光栅,需要进一步理论修正。