新兴光子器件--Interleaver

系统介绍了新兴光子器件———Interleaver的特性、实现方法及其在DWDM系统中的应用。结合课题组的工作 ,主要介绍了光纤熔锥非平衡M Z干涉仪型、偏振光干涉晶体双折射型和迈克耳逊干涉仪 +GT反射镜型三种实现方案。     

1阶反馈稳定光纤3×3耦合器干涉测量系统

为了消除环境干扰对光纤干涉测量系统的影响,采用光纤3×3耦合器和光纤光栅构成光路复合在一起的两个光纤迈克尔逊干涉仪构成了光纤干涉测量系统。利用光纤光栅作为反射镜,两个光纤迈克尔逊干涉仪共有几乎相同的光路。其中一个光纤迈克尔逊干涉仪通过一个1阶反馈来补偿环境干扰的影响,实现对该测量系统的稳定;另一个光纤迈克尔逊干涉仪用于完成测量工作。结果表明,1阶反馈可以对0Hz～21Hz的干扰进行补偿,使得该测量系统适合于在线精密测量。     

1阶反馈稳定光纤3×3耦合器干涉测量系统

为了消除环境干扰对光纤干涉测量系统的影响,采用光纤3×3耦合器和光纤光栅构成光路复合在一起的两个光纤迈克尔逊干涉仪构成了光纤干涉测量系统.利用光纤光栅作为反射镜,两个光纤迈克尔逊干涉仪共有几乎相同的光路.其中一个光纤迈克尔逊干涉仪通过一个1阶反馈来补偿环境干扰的影响,实现对该测量系统的稳定;另一个光纤迈克尔逊干涉仪用于完成测量工作.结果表明,1阶反馈可以对0Hz～21Hz的干扰进行补偿,使得该测量系统适合于在线精密测量.     

高稳定的光纤3×3耦合器干涉位移测量系统

利用光纤3×3耦合器和光纤光栅(FBG),构成能有效补偿环境干扰的光纤干涉位移测量系统。测量系统含干涉臂几乎重合的两个光纤迈克尔逊干涉仪,其中一个通过反馈环节补偿环境干扰的影响,实现对测量系统的稳定,使系统适合于在线测量;另一个用于完成测量工作。利用零差干涉相位测量技术对位移进行测量,测量结果的线性相关系数达0.999。     

基于全固光子带隙光纤的传感器的特性研究

为了实现对基于全固光子带隙光纤（AS-PBF）的传感器的特性研究,采用了双锥型模式干涉仪的结构,使用熔接机在一根AS-PBF上间隔一段距离制作两个锥形光纤,制备出一种基于双锥型模式干涉的特种光纤传感器。与传统单模光纤或折射率传导的光子晶体不同,AS-PBF的纤芯有效折射率较低,而包层有效折射率较高。通过理论分析和实验验证,测量研究了这种光纤结构对温度和轴向应力的响应。实验结果表明,温度灵敏度和轴向应力灵敏度分别为~63pm/oC和~-1.74nm/ N。与长周期光栅、布拉格光栅相比,基于全固带隙光纤的双锥型模式干涉传感器具有制备简单、结构紧凑等优势,在光纤传感领域具有广泛的应用前景。     

基于光纤光栅的模间干涉仪传感特性研究

研究了基于光纤光栅的光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)模间干涉仪的传感特性,阐述了模间干涉的基本原理,通过在PCF中填充水来改善其传感特性,得到了一种基于光纤光栅的传感灵敏度较高的模间干涉仪。仿真实验表明,基于长周期光栅的温度传感器,获得的条纹清晰对温度敏感度高,且损耗足够小,具有一定的应用价值。     

压电陶瓷在光纤光栅传感解调中的应用

光纤光栅(FBG)传感以其强大的优越性受到了社会的广泛关注,波长编码信号解调是实现光纤光栅多参量、多点分布式传感网络的关键技术.针对几种典型的光纤光栅解调方法做了简单介绍,重点分析了压电陶瓷在干涉解调系统中的调相测量作用.通过改变干涉系统的臂长差来产生一个动态的干涉信号,使干涉信号在时域上获得延伸,将包含被测传感信息的波长信号转变成相位信号;并用非平衡Mach-Zehnder干涉解调系统检测了应变信号,取得了较好的实验效果.实验测得系统的相位检测灵敏度为0.82 (° )/με,可用于静态应变和动态应变的检测.     

基于晶体延迟干涉仪的20-Gb/sNRZ-DQPSK解调实验研究

光差分四相移键控(DQPSK)信号解调技术是相位调制光纤通信系统中的关键技术,本文利用钒酸钇(YVO4)晶体设计制作了2 bit延迟干涉仪(DI)作为DQPSK解调器。相对于传统的基于光纤结构的DI,用晶体材料制作的DI具有温度稳定性高的特点,其作为光DQPSK解调技术中的关键器件,具有广泛的应用前景。实验搭建了20 Gb/s光NRZ-DQPSK背靠背实验系统,并利用自主设计制作的DI成功实现了NRZ-DQPSK信号解调。实验结果与计算机仿真计算结果一致。     

多光束干涉对钒酸钇棱镜透射比的影响

为了系统地研究多光束干涉对钒酸钇棱镜透射比的影响,对棱镜的透射比进行了详细的理论分析,得到了不考虑多光束干涉和考虑多光束干涉情况下,800nm～2400nm波段棱镜透射比的理论曲线,并利用UV-3101PC分光光度计进行了实验测试,发现钒酸钇棱镜的透射比在近红外区随波长的增大呈上升趋势,且曲线有波动。结果表明,多光束干涉对棱镜的透射比产生扰动。这为钒酸钇棱镜在偏光器件中的应用提供了重要的参考价值。     

非平衡光纤Mach2Zehnder干涉仪偏振衰落及相位噪声分析

研究了非平衡光纤MachZehnder干涉仪因两束干涉光偏振态变化引起的偏振衰落和相位噪声问题。运用波导耦合理论和光纤偏振光传输理论,通过详细的推导,得到非平衡光纤MachZehnder干涉仪输出光强、可见度以及相位噪声的表达式,分析了干涉仪可见度、相位噪声与干涉仪输入光偏振态之间的关系,提出抑制偏振衰落和相移噪声的方法。     

基于偏光干涉的激光波长测量方法设计与实验

提出了一种基于双偏光干涉滤波器的激光波长测量方法,该方法克服了传统偏光干涉装置测量波长时分辨率存在盲区的缺点,通过把粗测和精测两个子系统结合可解决测量的周期性问题。实验结果表明,采用长度为1cm的YVO4晶体作为滤波器,可实现误差小于0.01nm的测量。与基于迈克尔逊干涉仪的波长测量方法相比,所提出的方法无需机械运动部件和参考光源,测量精度满足DWDM光纤通信系统测试的要求。     

Novel Distributed Fiber Bragg Grating Sensing System Based on M-Z Interferometer

One of the problems in using grating sensors is how to measure a small Bragg wavelength shift accurately. Nowadays demodulation techniques are mainly based on the edge filter, tunable filter, or interferometric scanning methods. Interferometric demodulation is widely accepted as the technology which can provide the high sensitivity. An interrogation system using the interferometric scanning method is presented, in which an unbalanced fiber M-Z interferometer is used as the wavelength scanner for temperature measurement. A novel fiber Bragg grating sensor system based on M-Z interferometric demodulation technique is presented in this paper. The temperature sensitivity measured in the experiment is almost consistent with that obtained from the theoretic calculation.     

高分辨率光纤激光传感系统

提出并实现了一种基于光纤光栅(FBG)激光器的高分辨率光纤传感系统。通过在一段高增益有源光纤写入光纤光栅形成光纤激光传感器,待测信号作用在激光器上引起激光频率变化,采用偏振无关的非平衡迈克耳孙光纤干涉仪将激光频率变化转化为干涉仪相位变化。干涉仪输出的信号经过光电转换后,用采集卡转换为数字信号输入计算机,最后利用改进的归一化相位载波(PGC)解调技术,实现信号的高分辨率解调。实验表明该传感系统的动态应变分辨率达到了5.6×10-4nε/Hz,并且解调结果与待测信号具有良好的线性关系。     

Fiber Bragg grating interrogation and multiplexing with a 3×3coupler and a scanning filter

We present a new technique for fiber Bragg grating (FBG) sensor interrogation and multiplexing. The technique combines a scanning bandpass filter used to multiplex by wavelength multiple gratings in a single fiber, and an unbalanced Mach-Zehnder fiber interferometer made with a 3×3 coupler to detect strain-induced wavelength shifts. A demonstration system interrogates four gratings in a single fiber at a sampling rate up to 20 kHz, with a noise floor measured at less than 10 nϵ/√(Hz) above 0.1 Hz     

基于光子晶体光纤M-Z干涉仪的折射率传感器研究

研制了一种通过手工熔接方法在两段单模光纤（SMF）间焊接一段实芯光子晶体光纤（PCF）而形成的Mach-Zehnder干涉仪（MZI）传感器,研究了传感器传输光谱与外界折射率的关系。实验结果表明,这种MZI传感器的中心波长随着外界折射率的增加向长波方向漂移,在1.340-1.384的折射率变化范围内,干涉长为3.2cm...     

一种Sagnac干涉仪结构的光子晶体光纤温度传感器

采用Sagnac干涉仪结构,设计了一种高双折射光子晶体光纤环镜温度传感器。光子晶体光纤温度稳定性好,通过向高双折射光子晶体光纤空气孔填充热光系数高的液体材料乙醇,从而实现温度传感的目的。采用平面波展开法,分析了高双折射光子晶体光纤的双折射与传输波长和温度的关系。理论分析表明,填充乙醇后,高双折射光子晶体光纤的双折射随着传输波长和温度的增加而增加,且双折射与温度成线性关系。实验中将一段填充乙醇的高双折射光子晶体光纤与3 dB耦合器熔接制作成Sagnac干涉仪结构的光纤环镜,当温度从 45 ℃升至80 ℃时,光谱仪上观察到凹点λi向短波方向漂移了309.280 nm,温度灵敏度高达8.837 nm/℃。     

A DFB Fiber Laser Sensor System with Ultra-High Resolution and Its Noise Analysis

A distributed feedback fiber laser （DFB FL） sensor system with ultra-high resolution is described. The sensor is made by writing distributed feedback structures into a high gain active fiber, and the system employs an unbalanced Michelson interferometer to translate laser wavelength shifts induced by weak measurands into phase shifts. A digital phase generated carrier demodulation scheme is introduced to achieve ultra-high resolution interrogation. A detailed noise analysis of the system is presented, and it is shown that the system resolution is limited by the frequency noise of the DFB FL.     

基于长周期光纤光栅和Sagnac环的温度与折射率的区分测量

利用长周期光纤光栅(LPFG)和保偏光纤(PMF)Sagnac环透射光谱的调制特性,设计了温度和折射率同时区分测量系统。通过监测LPFG嵌入Sagnac环的透射谱中谐振峰波长和强度的变化,测定了波长和强度对温度和折射率的灵敏度系数,构建了传感系数矩阵。实验发现,谐振峰波长随温度变化,谐振峰强度随折射率变化,实现了温度与折射率的区分测量。实验测得该系统的温度灵敏度0.1 286nm/℃,折射率灵敏度为49.38dB/RIU。实验结果验证了方案的正确性,且实验系统搭建简便,体积小,成本低,具有一定的应用前景。     

LBO倍频1.8 W连续671 nm红光激光器

Nd：YVO4晶体中掺杂的Nd^3 除了1．064μm的受激辐射跃迁外，还可产生1．342μm波段的弱辐射，经腔内倍频，最终可输出671nm的红色激光。报道了一种光纤耦合半导体激光二极管(LD)阵列端面抽运Nd：YVO4晶体，腔内采用Ⅰ类临界相位匹配LBO(LiB3O5)晶体倍频，实现波长为671nm的全固态红光激光器瓦级输出的理论分析和实验结果。采用短三镜折叠腔结构，通过对激光晶体热透镜焦距的估算，用计算机优化设计选取了合适的谐振腔参数，在芯径为400μm的光纤耦合808nm半导体激光二极管阵列抽运下，当注入功率为8W时，获得了波长为671nm的红光基模稳定输出．最高输出功率达1．8W，光-光转换效率达22．5％。