基于白光干涉的光纤环保偏能力温度稳定性研究

为了研究陀螺用光纤环保偏能力的温度稳定性,采用白光干涉仪测试了光纤环在-40～80℃范围内7个温度点的偏振耦合分布。从光纤双折射、整体偏振耦合幅值、局部大偏振耦合点三个方面对测试结果进行了分析。光纤双折射随环境温度的升高线性减小,80℃时光纤双折射相对于-40℃下降了13.73%,说明了温度越高光纤本身保偏能力越低。整体偏振耦合幅值表现出了以40℃为最低点的抛物线形温度分布,说明了绕环胶固化温度是影响光纤环在宽温域整体外应力的主要因素。分析了换层处的大耦合点偏振耦合幅值在低温下出现高低间隔分布的原因是光纤环与结构件的粘接胶采用高温固化方法造成的。三个方面的综合分析表明,环境温度与光纤拉丝温度的差值是影响光纤内应力的主要因素,绕环胶和粘接胶的固化温度是影响光纤外应力的主要因素。测试分析结果为后续优化光纤环的保偏能力温度稳定性提供了参考。     

光纤陀螺光纤环分布偏振耦合误差预估

分析了由光相干域偏振计测得的光纤陀螺保偏光纤环(PMFC)分布偏振耦合测试数据,建立了测量点偏振耦合幅度模型。结果表明,测试数据是实际偏振幅度耦合被宽谱光源相干函数调制的结果,且存在伪偏振耦合测试数据。在此基础上,提出并实现了分布偏振耦合数据处理算法。绕制PMFC,进行了不同温度条件下分布偏振耦合测试,并提取了真耦合位置和强度信息。通过建立PMFC二次偏振耦合误差预估模型,对不同温度下光纤环分布偏振耦合引起的光纤陀螺零漂误差进行了计算预估。利用高精度保偏光纤环分析测试仪对该环进行了对应温度的光纤陀螺零漂测试,零漂预估值与实测结果一致。     

基于光子晶体光纤的偏振模色散的动态补偿

与普通保偏光纤相比,保偏光子晶体光纤(PM-PCF)具有高双折射、低温度偏振系数等优点.文章介绍了将PM-PCF作为偏振模色散(PMD)的补偿元件用于PMD的动态补偿实验,并通过对结果的分析,验证了该补偿系统的性能.     

光子晶体光纤陀螺技术

介绍了光纤陀螺在实际应用过程中的环境适应性问题,并从光子晶体光纤的结构特点出发,总结了光子晶体光纤的独特应用优势,指出将光子晶体光纤应用于光纤陀螺中可很好地解决温度、磁和辐射敏感等问题.通过实验研究,验证了实心保偏光子晶体光纤的损耗、模式特性,以及温度、磁场和核辐射对此种光纤的影响.同时,研究开发了它与传统保偏光纤的熔接对轴技术,熔接点损耗和偏振串音达到0.7dB和-25dB.在此基础上,研制出光子晶体光纤陀螺样机,陀螺零漂达到0.09(°)/h.研究和对比表明:在光纤陀螺中用光子晶体光纤代替传统的光纤,在减小温度、辐射、磁场的影响和进一步提高光纤陀螺性能方面具备很大的潜力.     

基于保偏光纤的高精度光纤光栅传感解调方案

提出一种基于线偏振光干涉原理的无源波长解调系统.在普通光纤环镜中引入双折射效应.光纤环镜的反射(透射)光强足耦合器分光比K、温度t、保偏光纤长度L和两端偏振方向夹角的函数.在单调区间内反射(透射)光强与t存在对应关系.通过测定光强口可求得t.利用矩阵光学原理建立理论模型,研究了保偏光纤长度、耦合器耦合系数、偏振光入射夹角对光纤环镜(FLM)反射(透射)光强与入射光波长关系影响的特性,设计了基于保偏光纤环镜的分辨率可控的干涉型解调仪.用自制光纤光栅作为传感头监测温度变化,数据显示该系统对温度的测量平均精度可达0.03℃,准确度±0.1℃.     

保偏延迟光纤环偏振串音对光纤电流互感器的影响

利用保偏延迟光纤环的偏振耦合模型,考虑幅值较大的互易性寄生波列,计算了光纤电流互感器(FOCS)光路系统的干涉光强,得到了互感器变比与延迟环偏振串音之间的理论关系,揭示了延迟环偏振串音的温度相关性对互感器变比的影响机理,并提出了抑制方法。为保证变温环境下互感器的变比误差在0.2%以内,延迟环的偏振串音应低于-30dB。实验结果表明:在绕制延迟环的过程中,降低绕环张力、减少胶的用量,采用低温度系数骨架可有效地改善互感器变比的温度稳定性,在-40℃!70℃范围内,互感器变比的变化量由0.63%降低至0.07%。该研究为光纤电流互感器中保偏延迟光纤环的设计和绕制工艺提供了理论指导。     

结构偏差对保偏光子晶体光纤色散特性的影响

光子晶体光纤(PCF)具有很多特殊性质,这些性质强烈依赖其具体结构.由于光子晶体光纤制作过程复杂,容易造成各种变形,包括包层气孔的位置偏移或变形等,从而明显影响该光子晶体光纤的性能.选用商品保偏单模光子晶体光纤作为研究对象,改变了环绕中心石英芯的两个大空气孔之一的形状和尺寸.固定气孔尺寸和形状,改变其位置;再固定其位置,改变一个大气孔的直径;最后同时改变二者,分析其交叉影响.仿真结果显示当一个气孔变形或偏移后,光子晶体光纤的等效折射率、零色散波长、偏振拍长、导模模场形状等参数均发生变化,说明结构偏差对保偏光子晶体光纤性质有明显影响.     

数字化扫描干涉仪用于保偏光纤偏振耦合检测

首先简要介绍了保偏光纤及其主要参数:模式耦合系数、拍长、偏振消光比和偏振串音等,并给出这些参数的定义和表达式;评价保偏光纤性能的拍长、模式耦合系数、偏振串音等参数也都与偏振耦合相关.讨论了偏振耦合测试技术,对成功应用于保偏光纤测试的波长扫描干涉法等七种方法作了比较.采用"白光"Michelson技术实现了光纤的寄生偏振耦合点空间分布位置测试仪,以该仪器完成了保偏光纤环扫描;偏振无源光器件测试;保偏光纤对轴;保偏光纤拍长测试;分布式(应力、位置、温度)传感;保偏光纤双折射色散测试等.并以保偏光纤环扫描为例给出实验结果,证明了仪器设计理论和实验结果的相符合性.     

光子晶体光纤陀螺标度因数特性研究

光子晶体光纤陀螺原理上具有磁敏感性低、温度稳定性好及抗辐照等特点,是光纤陀螺一个新的重要发展方向。很多学者研究了其零偏特性,但未见对其标度因数的研究报道。研究了光子晶体光纤陀螺标度因数的误差构成,并试验测量了光子晶体光纤环引入的误差。研究结果表明,光子晶体光纤陀螺标度因数具有更稳定的温度和辐照特性,在-40~+70℃的温度范围内,标度因数重复性为242.310-6(未补偿时),约为普通光纤陀螺的1/2。在经历总剂量为50 krad(Si)的辐照后,光纤陀螺标度因数变化10910-6,重复性和非线性没有明显变化,比普通光纤陀螺稳定1 倍以上。     

非保偏光纤放大器自适应偏振转换技术研究

报道了一种非保偏光纤放大器自适应偏振转换系统,可以将非保偏光转换为线偏光。结合非保偏光纤放大器中的偏振演化机理以及偏振控制器的原理,建立了非保偏光纤放大器中自适应偏振转换的数学模型,分析了不同条件下输出消光比的变化。根据理论优化参数,采用基于并行梯度下降优化算法(SPGD)的自适应偏振转换手段对非保偏光纤放大器的偏振分量进行优化控制,使非保偏光纤放大器输出的消光比达到16.7 d B。     

光纤双折射对光纤环保偏能力影响的实验研究

为了研究光纤双折射对陀螺光纤环保偏能力的影响,选用三种不同型号的光纤采用相同的绕制方法制作相同规格的光纤环。采用白光干涉仪测试光纤环的偏振耦合分布,并利用光纤环两端尾纤与白光干涉仪尾纤的熔点引起的偏振耦合干涉峰计算绕环光纤的双折射。通过不同光纤环测试结果的比较,分析绕环光纤双折射对光纤环保偏能力的影响。测试结果表明,三种绕环光纤的双折射分别为7.47×10－4、6.36×10－4、5.78×10－4,对应的三只光纤环的整体偏振耦合幅值分别为－74.79 dB、－70.06 dB、－64.97 dB。选取了相同对应位置的5个大耦合点进行偏振耦合幅值的统计,三只光纤环平均偏振耦合幅值分别为－57.85 dB、－49.85 dB、－44.49 dB。实验结果表明采用高双折射的保偏光纤有利于提高光纤环的整体保偏能力,且高双折射光纤具有较强的抵御外界应力影响的能力。     

光子晶体光纤的高模式双折射

随着干涉技术在雷达通信等领域的广泛应用.对光纤的偏振特性要求越来越高.阐述了高模式双折射的光子晶体光纤(PCF)的独特特性,讨论了其偏振特性受温度变化的影响,并与传统保偏光纤做了比较,介了高双折射光子晶体光纤的结构设计及发展现状,并展望了其应用前景.     

基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术

分析和仿真了含两段保偏光纤的光纤Sagnac干涉仪输出光谱特性,获得消除两段双折射光纤交叉敏感的条件。提出了一种基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术。采用实心保偏光子晶体光纤作为传感光纤,搭建了基于双段保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的侧向压力传感系统,分别进行侧向压力测试及温度影响实验。实验结果表明,侧向压力灵敏度可以达到的0.287 7 nm/N,同时由温度变化引起的漂移量小于0.1 pm/℃。     

白光扫描干涉仪用于保偏光纤偏振耦合检测

采用白光扫描干涉法,利用Michelson干涉仪中移动臂的移动补偿保偏光纤中产生的光程差,从而实现对保偏光纤绕组中偏振耦合点的耦合强度及空间位置分布的有效检测。分析了白光干涉仪的原理、结构以及干涉条纹特点,进行了保偏光纤环的扫描测量。结果表明,第一个保偏光纤环的质量优于其他各环,证明了仪器设计理论和实验结果相符。     

基于模间干涉的保偏光子晶体光纤弯曲传感特性研究

提出了一种基于模间干涉原理的双空气孔保偏光子晶体光纤弯曲传感方法。采用有限差分光束传播法对保偏光子晶体光纤弯曲传输特性进行了仿真研究,给出了在弯曲调制时两个低阶偏振模干涉产生的双边瓣归一化光强与弯曲半径的关系,讨论了波长变化对弯曲传感灵敏度的影响,并对所设计的弯曲传感器进行了实验研究。研究结果表明:基于模间干涉技术的双空气孔光子晶体保偏光纤弯曲传感器在10~30 mm的弯曲半径范围内具有良好的线性度和检测精度。     

保偏光纤环与Y波导芯片直接耦合技术研究

光纤陀螺光路结构中,Y波导器件与保偏光纤环通过尾纤熔接的方式连接形成闭合回路来敏感系统相对惯性空间的转动信息,而熔接点引入的偏振交叉耦合以及背向反射是制约光纤陀螺测量精度进一步提高的主要因素.为此,提出了一种实现保偏光纤环与Y波导芯片直接耦合的方法,并制作了两者直接耦合的敏感环光路.经实验测试,光路中Y波导器件的插入损耗典型值为2.7 dB,分光比优于48/52～52/48,偏振串音优于-30 dB,性能指标与常规的Y波导器件相当.该光路模块理论上有利于减小光纤陀螺系统噪声和提高测量精度.     

高双折射光子晶体保偏光纤研究进展

光子晶体光纤的问世,使得光子晶体保偏光纤(Polarization maintained photonic crystal fibers,PM-PCF)的研究一直是光通信领域的研究热点.在综述国内外大量文献的基础上,对高双折射光子晶体保偏光纤的传输机理和保偏原理进行分析,评述了高双折射光子晶体保偏光纤的各种设计方案,并进一步对光子晶体保偏光纤的研究现状、应用和发展前景进行了展望.     

数值模拟在非对称双芯光子晶体光纤耦合器教学中的应用

本文从对非对称双芯光子晶体光纤耦合器的数值模拟分析,表明提出的结构由于两不同偏振方向模式的耦合程度相近,使得这种耦合器可忽略光偏振特性的影响;同时,在一定分光比下,耦合器具有波长响应平坦性,可制作不同分光比的宽带双芯耦合器,并且带宽、分光比偏差程度、耦合长度等特性较普通宽带光纤耦合器都有较大改善,为宽带非对称双芯光子晶体光纤耦合器的制作提供了理论支持。     

熔锥型保偏光纤耦合器分光比的依赖性研究

基于耦合模理论,推导了熔锥型保偏光纤耦合器快慢轴耦合系数的关系式。通过对标准3 dB保偏光纤耦合器的偏振依赖性、波长依赖性、温度依赖性、双折射依赖性所引起的分光比变化的分析,得出了不同依赖因素对标准3 dB耦合器分光比稳定性影响程度的大小。分析结果表明,保偏光纤耦合器的双折射依赖性十分显著;波长依赖性和温度依赖性其次;在一定的工艺条件下,偏振依赖性可以忽略。另外,耦合器的固有双折射越大,分光比波动越大。所得结论对制作熔锥型保偏光纤耦合器的光纤选择、拉制工艺、封装工艺的优化和改进有重要意义。     

折射率导模高双折射光子晶体光纤的偏振特性

本文应用全矢量模型,研究一种折射率导模高双折射光子晶体光纤的特性.重点研究了该种光纤的偏振特性,包括基模场的线偏振特性,模式的双折射及偏振模色散.研究表明,由于在包层中采用两种不同尺寸的空气孔,基模中两个正交偏振模简并被打破,呈现出较高的模式双折射,模式双折射比普通的保偏光纤高至少一个量级,在波长1540nm,其拍长可达0.4067mm.改变光子晶体光纤的结构参数,将获得更高的双折射和更大的群时延差.分析结果与实验测量结果相吻合.