有限包层半径光纤Bragg光栅的理论研究

采用光纤波导三层模型,对有限包层半径光纤Bragg光栅导模有效折射率的改变进行了理论分析,结果表明:当包层直径小于16μm时,单模光纤Bragg光栅(纤芯直径为8.3μm)的导模有效折射率才开始发生明显变化.在包层外添加外包层,通过改变外包层的折射率可以实现对光栅Bragg反射波长的调谐,同时对不同芯子直径的光栅Bragg波长移动进行了数值计算.在保证光纤归一化频率不变的前提下,芯径越小Bragg波长调谐范围越大,当包层厚度为1μm时,芯径为a＝2.2μm的光栅Bragg波长调谐范围约为3.9μm.     

双包层单模光纤传感器及其在温度/湿度传感方面的应用

提出了一种双包层单模光纤传感器结构,根据波导理论推导出了光纤中导模变为泄漏模时,外包层折射率与双包层结构参量之间的关系,获得了这种光强调制型传感器可测量的折射率变化范围.利用已知热光系数的材料制作的温度传感器,从实验上证实了理论分析结果,并由理论与实验结果的分析得到了传感器的工作原理是:导模变为泄漏模后,输出光强与外包...     

镀金属长周期光纤光栅的研究

提出了矢量法分析和数值计算相结合的方法求解复数域超越方程来得出具有金属外包层的光纤的基模，以及包层模的传输常量。对具有复数折射率(金属)外包层的圆柱形波导(光纤)进行了分析。得出了一些规律性的结论，以此为基础分析了金属外包层对长周期光纤光栅的影响，并做了相关的实验验证。     

侧边抛磨光纤中传输光功率变化的实验研究

针对轮式光纤侧边抛磨法制备的侧边抛磨光纤,研究了在侧边抛磨区覆盖不同折射率的材料时,侧边抛磨光纤传输光功率随覆盖材料折射率变化的特性.研究表明,侧边抛磨光纤中传输光功率会随抛磨区覆盖材料折射率的变化而改变.当覆盖材料的折射率小于1.437 8时,光功率损耗近似为零；而当覆盖材料的折射率逐渐增大接近1.452 1时,光功率损耗迅速增大至最大值.当覆盖材料的折射率由1.453 2逐渐增大时,光功率损耗由最大值逐渐减小,最终维持在某个确定的值.侧边抛磨光纤并不是抛磨深度越深,损耗就越大.侧边抛磨光纤中传输的光功率存在波长相关损耗(WDL）.实验结果与理论结论符合较好.     

左手材料纤芯双包层光纤的传输特性

对纤芯为左手材料,内包层和外包层都为右手材料的双包层光纤进行了分析.在弱导情况下,且不考虑介质损耗,由亥姆霍兹方程出发,得到了HE、EH、TE和TM导模的色散方程,并在远离截止条件下,对其进行简化.所有的TE和TM模都是简并的.分别讨论了内包层折射率和厚度对该左手材料光纤最低阶导模的影响,画出了各自的色散曲线,并和右手材料光纤导模相应色散曲线进行了比较,发现左手材料光纤的低阶导模具有反常的色散特性.     

光导纤维与医用内窥镜

光导纤维简称光纤．光纤是近代光学的新型学材料．1光纤的导光、导像原理光纤是一种带涂层的透明细丝，直径在见微米到几十微米之间，通常由玻璃或透明塑料做芯线，外包由折射率（n1）比芯线折射率（n）小的涂层所组成，涂层和芯线之间形成良好的光学界面．当光线以一定的投射角（必须大于临界角）人射在光纤的人射端面上对，光线就能在芯线与涂层的界面上连续产生全反射，光就从光纤的一端传至另一端，这就是光纤的导光原理．把几万根这样的光纤，两端—一对应，即每根光纤在入射端面和出射端面的几何位置应完全相同，两端粘结牢固，中间不…     

双轴各向异性负折射率材料光纤中光子波函数几何相位研究

研究了双轴各向异性负折射率材料光纤中光传播特性及光子波函数几何相位的特殊性质. 为体现其拓扑与整体效应，光子几何相位必依赖于螺旋光纤中光子波函数演化路径所张开的立体角. 本研究证明，在双轴各向异性负折射率材料光纤中，因在光的传播过程中正负折射率对于光波几何相位的贡献可以相互抵消，因此光子几何相位将与光子波函数演化路径所张锥角无关. 还讨论了源于量子涨落效应的真空水平光子几何相位的物理性质以及在实验上探测这一真空效应的可能性. 关键词： 各向异性 负折射率材料 几何相位 光纤     

含负折射率材料空芯Bragg光纤的束缚损耗特性

将负折射率材料引入到空芯Bragg光纤包层中,形成具有正负折射率介质层交替的空芯Bragg光纤,运用传输矩阵理论对该Bragg光纤的束缚损耗特性进行分析和计算,并与传统的全正折射率介质层Bragg光纤的束缚损耗进行对比。结果发现:在最低损耗方面含负折射率材料的空芯Bragg光纤没有表现出任何优势,但在最低损耗点附近的损耗小于全正折射率介质层Bragg光纤,损耗曲线比较平滑,并且传输波长范围较宽;当空气作为一个介质层的材料时,两种Bragg光纤的束缚损耗特性几乎一致;当减小包层折射率对比时出现了与全正折射率介质层Bragg光纤不同的现象,损耗曲线变的更为平滑,说明传输波长范围变宽了。     

W-型单模单偏振光纤截止基模的能量损耗

给出了一种新的数值计算W型单模单偏振光纤截止基模能量损耗的方法－－区域模场边界条件匹配法。用这种方法分析了截止基模能量损耗与光张结构参数的关系。得出了截止基模能量损耗随椭圆内包层长半轴、短半轴或内包层折射率深度的增加而迅速减小，以及高椭圆度内包层情形下截止基模能量损耗仅由内包层短半轴、内包层折射度和纤芯－外包层相对经差确定的结论；同时得出了截止基模能量损耗与纤芯－外包层相对折射率差的平方根成正比的解析结果。最后将数值计算和实验进行了比较，两者较为一致。     

光纤型热光可调光衰减器的设计及其衰减分析

提出了一种基于热光调节的可调光衰减器结构。该衰减器通过腐蚀光纤包层到一定厚度和长度后,在表面涂覆较大热光系数的聚合物材料得到。从模场变化角度分析了传输光束的衰减与涂覆材料折射率的关系,并从实验上测试了使用不同涂覆材料时的衰减。理论分析与实验结果均表明在涂覆材料折射率略大于原光纤包层材料折射率时,涂覆材料折射率微小的变化将引起传播光束衰减的大幅度变化,并且光纤被腐蚀的长度越长或包层材料剩余厚度越小,衰减越大。因此,由热光系数大、折射率略大于光纤包层的聚合物材料所组成的可调光纤衰减器,具有衰减调节范围大且功耗小、插入损耗小、成本低、低偏振特性、易于与其它光纤器件耦合或集成等特点。     

包含左手材料的四层平板波导中的光导模

研究一个芯子层是左手材料,其他三层由传统材料构成的四层平板光波导系统,利用图解法对各种TE偏振的导波模式的解进行详细分析.研究表明,四层左手材料光波导既能支持振荡导模,也能支持表面导模,与三层左手材料光波导相比较,此四层波导的导波模式呈现一些新的特性.对于中间传统材料层存在振荡场的情形:芯子层支持振荡导模的光波导中存在基模,并且高阶振荡导模出现模式缺失的性质;芯子层支持表面导模的光波导可以支持基模和多个高阶模式,并且存在模式兼并的性质.对于中间传统材料层存在衰减场的情形,此四层波导结构可等效为三层左手材料光波导.这些新的光波导传输性质对各种光波导器件的制作有潜在的应用价值.     

双包层光纤折射率研究及纤芯结构优化设计

采用Matlab和Comsol建立单模光纤内激光传输模型,对双包层内光纤折射率和纤芯结构对光能量分布的影响进行了理论研究。系统分析了光纤芯径与数值孔径、归一化频率和功率填充因子的关系,依据得到的结果进一步采用多模物理耦合仿真方法对不同类型的单模双包层光纤纤芯的能量分布进行仿真,探索了不同折射率分布情况对纤芯能量分布的影响。计算和仿真结果表明:凹面折射率分布光纤的光斑模场面积最大,单位面积的功率分布最低。针对大功率光纤激光器的应用需求设计了工作波长为1.064 m、纤芯直径为10 m、凹面直径为8 m、数值孔径为0.12的单模凹面折射率双包层光纤,为提高光纤泵浦效率、降低纤芯的能量密度提供了思路。     

硅树脂材料热光特性的测试与分析

用激光-V棱镜装置测得耐热型硅树脂在632.8nm和650nm波长上的热光系数分别为-3.3×10-4/℃和-3.6×10-4/℃。以石英玻璃为衬底,用该材料制作了平板波导,用棱镜耦合法测量了不同温度下波导的有效折射率,利用平板波导模式本征方程求解出不同温度下导波层的膜厚与折射率,分析了有效折射率随温度变化的特点。根据导波层折射率与厚度的变化和高分子材料的克劳修斯莫索提公式,分析出该材料的极性分子较大,是引起负热光系数大的原因。该材料适合用于研制低功耗、与塑料光纤匹配的短距离光通信热光开关。     

侧面抽运的掺Yb双包层光纤激光器

利用光纤角度磨抛侧面耦合新技术研究了侧面抽运的掺Yb双包层光纤激光器。实验上采取新的加工工艺获得了端面具有小锐角磨抛斜角的多模光纤,专门设计的高精密机械调整结构有效地将多模光纤的斜面和双包层光纤的侧面精确对准,通过不同的折射率匹配材料进行的研究,发现折射率匹配材料对于注入功率和抽运效率都有较大影响。实验中通过光纤角度侧面耦合器能够注入1．12W抽运光进入双包层光纤,侧面耦合效率最高可达80％。将该侧面耦合技术用于侧面抽运的掺Yb双包层光纤激光器,在单个尾纤输出的半导体激光器侧面抽运下得到光纤激光器的最大连续激光输出功率282mW,斜率效率为55．5％。实验结果表明,光纤角度磨抛耦合技术是掺Yb双包层光纤激光器的一种简单有效的侧面抽运方式。     

应用于低折射率样品检测的SERS活性液芯光纤

用纳米组装方法在空心光纤内壁修饰SERS活性基底构成内壁具有表面增强拉曼光谱活性层的液芯光纤。激发光由光纤壁横截面入射,并在光纤壁中传播。由于光纤壁的折射率大于检测样品溶液的折射率,使得激发光在光纤壁中发生全反射,并在消逝场下穿透修饰层,激发样品拉曼散射。本方法融合了表面增强拉曼光谱技术与液芯光纤技术的优势,可成为应用于低折射样品溶液体系检测的又一手段。     

光纤的弯曲及浸没溶液折射率对光纤输出功率的影响

光纤传输在通讯领域的运用很大程度地节约了成本,但受到弯曲部分的影响,每经过一个弯曲处光信号就会损耗一部分,因而信号传输距离及弯曲程度决定了光信号的接收灵敏度。在光纤弯曲中,弯曲半径越大损耗就越小,波长不同受到的损耗也不相同,探究影响光纤弯曲损耗的因素也就具有很重要的现实意义。同时光纤包覆层的折射率对光纤传输也会产生影响,为了简化我们将光纤浸没在不同溶液中,以溶液等效包覆层,研究浸没溶液对光纤折射率的影响。本文通过实验探究,验证了光纤曲率半径及弯曲传输距离影响弯曲损耗,光纤输出功率与浸没溶液折射率成正比。可以提供一种很好的测量液体折射率的方法。     

W型单模单偏振光纤基模截止归一化频率

用数值计算了 W型单模单偏振光纤基模截止归一化频率 ,分析了基模截止归一化频率与光纤结构参数的关系 ,得出了在外包层远离纤芯的情况下 ,基模截止归一化频率仅与内包层折射率深度有关 ,同时给出了其相应的近似函数关系和曲线     

基于侧边抛磨光纤传感器的混合液晶薄膜光折变特性研究

利用侧边抛磨光纤(SPF)传感器抛磨区对外界折射率敏感的特性,研究了混合有偶氮苯(AZO)和手征材料(ZLI811)的液晶混合物薄膜在紫外光照射下产生的光折变效应.将液晶、AZO 和 ZLI811 等 3 种材料的混合物涂覆在经过标定的 SPF 传感器的抛磨区上,制备成混合物薄膜.用 UV 光照射光敏薄膜导致 SPF 中传输光功率改变.实验表明:混合物薄膜在 UV 光照射下有光敏特性,会产生折射率变化,其折射率从1.474 变到1.470.这表明此光敏薄膜材料是负光折变材料.这种光敏薄膜材料可应用于制作新型全光纤光控器件和传感器.     

侧边抛磨的U型金溅射塑料光纤等离子体共振传感器

为了测量溶液折射率变化，对塑料光纤纤芯表面的纤芯-金层-液体的3层膜结构进行研究，制作了一种使用U型结构并结合侧边抛磨方法的表面等离子体共振传感器。将截取的一段塑料光纤弯曲成为U型，并在烘箱中通过较高温度使这段光纤的曲率固定，对弯曲部分的外表面进行抛光，暴露该位置塑料光纤芯层并在其上溅射金纳米薄膜层，将制备好的传感器浸入不同折射率的液体中，使用光谱分析仪观察光谱的移动。实验结果表明:当塑料光纤SPR传感器测量折射率变化范围在1.333~1.406的液体时，可以通过光谱观察到随着液体折射率的增大，等离子体共振吸收峰位置也不断地向波长增大的方向移动，并且二者之间存在线性关系，其灵敏度为7.5×10-4 RIU/nm。该传感器探头具有灵敏度高、小型化、易制备、低成本的特点。     

各向异性内包层对双包层光纤特性影响的分析

提出了单轴各向异性材料为内包层，且其主轴沿光纤轴线（z轴）方向的双包层光纤模型，推出了矢量模特征方程，重点研究了主轴折射率比kcl对波导色散的影响，针对从矢量模特征方程求解波导色散因表达式极为复杂而无法直接求解的困难，提出了一种求解波导色散的有效方法，研究结果发现可以在不改变光波导结构参量的条件下，通过改变kcl可有效地改变光纤的波导色散，也分析了kcl、几何参量S、光学参量R对低次模的传输和截止特性的影响。研究结果为获得更为理想的色散补偿、色散平坦光纤及设计新型无源光器件提供了重要的依据。