宽带保偏光纤耦合器的研究

保偏光纤耦合器在军事领域和民用市场应用广泛,但是常规保偏光纤耦合器的带宽较窄,不可能完全满足多种光源的使用要求。为了达到更多用户的使用要求,需要研制一种宽带保偏光纤耦合器。根据熔融拉锥型宽带光纤耦合器的原理和光纤电磁理论,对熔融拉锥的工艺进行了改进,结合多年的保偏光纤耦合器的制造经验,并根据试验事实,实现了常规熔融拉锥型宽带保偏光纤耦合器的制作,对产品进行了测试,带宽参数能够满足多种光源的使用要求,完成了预期研究目标。     

基于光纤耦合器的声发射传感器

为检测变压器内局部放电产生的声发射信号,介绍了一种基于特殊光纤熔融拉锥耦合器型声发射传感器。它是利用声波引起的扰动改变耦合器两臂光功率输出的特点来检测声发射信号。实验结果表明：此种传感器在10kHz～250kHz范围内对声发射信号有良好响应,在155kHz灵敏度为5.6×10^-6V/Pa,噪声为1.8Pa声压,有望在复合材料与结构、电力无损检测方面得到应用。     

横向模式可切换的少模环形光纤激光器

设计一种基于腔内全光纤模式复用器/解复用器(MUX/DEMUX)的少模环形光纤激光器,实现了LP₀₁模、LP₁₁模、LP₂₁模及混合模式可切换的激光输出。实验结果表明,利用低串扰的全光纤模式MUX/DEMUX结合4×1光开关,激光器可在三个最低阶的线偏振(LP)模式及其混合模式之间进行切换,LP₀₁模、LP₁₁模、LP₂₁模的泵浦阈值分别为40、60、80 mW,斜率效率分别为1.2%、0.82%、0.56%。对设计的少模环形光纤激光器结构进行数值模拟和参数优化,极大地改善了波长偏移问题,实现了小于0.032 nm的3 dB线宽。     

激光熔融拉锥型微型光纤耦合器设计

采用聚焦红外激光光束进行熔融加热,针对激光熔融拉锥型光纤耦合器设计了一种熔融区域长度为200 μm的微型光纤耦合器.使用光束传输法对拉锥长度和耦合区域的宽度进行了模拟并与实验结果比较,在1320 μm的拉锥长度和14 μm的耦合宽度处找到了最优化且低损耗的耦合器尺寸配置.     

基于熔融拉锥技术的双折射晶体包层型光纤偏振器的研究

建立简单模型,推导了晶体包层型光纤偏振器消光比的表达式,分析了消光比随锥腰直径和晶体包层长度的变化关系。兼顾锥腰光纤强度要求,对偏振器制作参数进行优化分析,并进行相应的实验研究。实验结果表明选择合适参数制作的偏振器,消光比优于30 dB,损耗小于0.5 dB,在-50 ℃~+70 ℃温度范围内消光比变化小于1.5 dB,损耗变化小于0.5 dB,具有很好的温度性能和稳定性     

基于少模长周期光纤叠栅的模式转换器

本文提出一种在同一段少模光纤上写入两个不同周期Λ1和Λ2的长周期光纤光栅构成叠栅的方法,实现了纤芯基模LP_(01)向高阶纤芯模LP_(11)模式转换的宽带宽的新型的全光纤模式转换器.利用有限元法和耦合模理论建立了模式转换器的理论分析模型.数值仿真分析了叠栅中两个子光栅周期间隔、光栅长度、耦合系数等光栅参数对模式转换器的影响.仿真分析和实验结果表明,通过改变两个子光栅的周期间隔来改变两个损耗峰的位置,形成一个损耗峰,从而可以实现宽带宽的模式转换器,其10dB带宽约是单栅的2倍.与传统的模式转换器相比,该转换器带宽宽、转换效率高,尺寸小、抗干扰能力强,可以在模分复用系统和光通信中得到广泛的应用.     

非对称熔锥法制作光纤光栅辅助耦合器型上下话路滤波器

通过在失配光纤消逝场间的耦合作用中引入光栅调制扰动效应，推导出用于解释光栅辅助耦合器响应特征的耦合模方程，在此基础上全面分析了两光纤间的失配度对上下话路滤波性能的影响.采用非对称熔融预拉锥工艺，调整光纤的结构参数，制成了性能良好的光栅辅助耦合器，实验测试结果与理论计算符合得很好. 关键词： 光纤光栅 光纤耦合器 上下话路滤波器 熔融预拉锥     

熔锥型侧面泵浦耦合器的研究

 现在高功率光纤激光器和光纤放大器采用的双包层掺杂光纤,相对于从半导体泵浦激光器发射出的多模泵浦光束的大发散角,其内包层的直径很小,因此把泵浦光有效地耦合到双包层掺杂光纤的内包层是一个急需解决的难题。研制一种熔锥型侧面泵浦耦合器,可以大幅度提高泵浦光功率,实现增益光纤的多点泵浦,在双包层光纤放大器中使用良好,安全稳定,实现了较高的耦合效率,达到了70%,信号光通过率98%,信号输入与泵浦输入的隔离度大于50 dB,泵浦输入对输出端反向传输光的隔离度27 dB。通过对比结构紧凑性、耦合效率、系统稳定性等相关指标发现,熔锥型侧面泵浦耦合器完全可以满足高功率光纤激光器和光纤放大器的使用要求。     

熔锥型微纳光纤耦合器的理论与实验研究

针对熔融拉锥系统制得的熔锥型微纳光纤耦合器,选择适当的连续函数描述其光场分布,采用归一化的三角分布和矩形分布的加权叠加,以及高斯分布和三角分布的加权叠加实现了模场沿耦合器区域的连续变化;利用局部模式耦合理论推导出腰区及腰区附近锥形区的耦合系数计算公式,并得到微纳光纤耦合器输出光功率随拉伸长度的变化曲线.计算结果表明,随着拉伸长度的增加,光能量在两臂中来回交替耦合的程度变小并且呈现包络样,直至腰区耦合功能消失.通过实时监测拉制微纳光纤耦合器的输出光功率,得到火焰扫描宽度以及氢气流量对双纤失去耦合效应拉伸长度的影响:火焰扫描宽度(均匀腰区)越宽,拉伸长度临界值越大;氢气流量(熔融度)越大,拉伸长度临界值越小.实验结果显示,当光纤耦合器腰区直径达到1.6μm时,耦合功能消失,两输出端口光功率相同且恒定,微纳光纤耦合器具备稳定的光学传输特性.     

少模光纤放大器中的准静态模式不稳定实验研究

模式不稳定发现于2010年,是影响高功率光纤激光器功率提升的重要限制因素.当前模式不稳定主要有两类,一类是动态模式不稳定,一类是准静态模式不稳定.本文研究了纤芯/内包层直径为25μm/400μm掺镱双包层光纤后向抽运放大器中的模式不稳定效应.通过对功率、光束质量和时域数据的分析,发现在该放大器中出现了准静态模式不稳定的现象,随着抽运功率的增加,放大器输出光束质量逐步退化,而时域上没有发现明显的动态模式不稳定特性.实验上对不同种子功率下放大器的输出特性进行研究,结果表明,通过提高种子激光功率可以较为有效地提高模式不稳定阈值,在种子功率为528 W时,当输出功率大于3000 W,输出激光效率没有明显下降.     

熔锥型宽带耦合器的研制

介绍了全光纤熔融拉锥型3dB宽带耦合器的理论设计，根据理论设计制作了样品。应用耦合模理论分析了全光纤非对称熔融拉锥型耦合器的宽带特性；提出了3dB宽带耦合器的制作方案，在此基础上制作了样品；对样品进行测试，样品带宽大约为300nm(在1300nm～1600nm波长之间)，附加损耗小于0.5dB，完全达到了实用化的要求。     

正方分布的4×4单模光纤熔锥耦合器耦合特性分析

本文以线性耦合波方程为基础,采用散射矩阵的方法讨论了具有正方分布的4×4单模光纤熔锥形耦合器的耦合特性,并与实验作了比较,得到了比较一致的结果。     

低差分模式时延少模光纤的有限元分析及设计

针对少模光纤展开研究, 利用Comsol软件计算其模场分布、有效折射率, 进而分析光纤的差分模式时延. 通过分析不同结构参量对模式数量和差分模式时延的影响, 设计出了两种低差分模式时延的少模光纤, 即带有外下陷的渐变式光纤和多阶少模光纤. 波长在1530–1570 nm 范围内, 带有外下陷的渐变式光纤支持四模传输, LP₁₁, LP₂₁, LP₀₂模式的差分模式时延的绝对值小于0.015 ps·m^-1; 多阶少模光纤支持两模传输, LP₁₁的差分模式时延低于0.185 ps·m^-1. 两种少模光纤均具有良好的差分模式时延特性, 适于在模分复用技术中应用.     

椭圆型保偏光纤耦合器的研制

保偏光纤耦合器是干涉仪和光纤陀螺仪的关键器件。介绍了用匹配型椭圆包层保偏光纤制作保偏光纤耦合器的工艺流程、测试结果以及分光比随温度的变化情况。试验结果表明,保偏光纤耦合器的综合性能指标,尤其是附加损耗和温度性能达到了国内领先水平。     

对称结构光纤光栅耦合器及其应用

光纤光栅耦合器(FGC)具有光纤光栅良好的波长选择特性和光纤耦合器的多端口特点，易于实现全光纤的光波分插复用。光纤光栅耦合器主要有4种结构：基于M Z干涉仪的分离型、基于100％耦合器的非对称型、基于0耦合器的非对称型和基于100％耦合器的对称型。着重介绍对称结构光纤光栅耦合器的结构、工作原理和研究现状。提出了测试方案，并探讨了这种器件在大规模波分复用光纤传感器阵列中的应用。     

熔融侧面泵浦耦合器光纤夹角对耦合效率的影响

泵浦耦合器是高功率光纤激光器的关键无源光器件,其制作工艺是采用泵浦光纤和主光纤侧面熔融的方法,该方法可以保持主光纤中信号光的低插入损耗,但泵浦光纤和主光纤之间的夹角对耦合效率影响较大。为解决这一问题,根据熔融侧面泵浦耦合器的结构特点,建立了物理模型,推导出各光纤中光功率与夹角关系的方程组,进行了数值仿真和实验论证,结果是随着泵浦光纤和主光纤之间夹角的减小,耦合效率会逐渐增大,但存在临界值,NA值小的泵浦光纤耦合效率高且临界角大,NA为0.22的泵浦光纤,夹角小于9.7时耦合效率最大值为96.9%,NA为0.15的泵浦光纤,夹角小于11.5时耦合效率最大值为97.8%。     

Optical fiber curvature sensor based on few mode fiber

An optical fiber curvature sensor based on interference between LP₀₁–LP₀₂ modes of a circularly symmetric few mode fiber (FMF) is presented. The device consists of two single-mode fiber and a 10-cm FMF. The two single-mode fiber is offset-spliced to each end of the FMF. When the optical fiber is kept straight and fixed, the interference pattern appears in the transmitted spectrum. As the fiber device is bent, the visibility of the interference fringes (at 1530 nm) decreases, reaching values close to 0.3. The dynamic range of the device can be tailored by the proper selection of the length of FMF. The relationship between the fringe visibility and the curvature is linear while the curvature is between 11 m⁻¹ and 16 m⁻¹. The result indicates that the compact sensor can be used in the measurement of large curvature, which is also important in structural health monitoring.