光纤陀螺用小尺寸高温度稳定性保偏光纤耦合器的研制

在熔融拉锥法制备保偏光纤耦合器工艺基础上,对小尺寸、高温度稳定性保偏光纤耦合器的研制工艺进行了研究.采用小火焰设计有效缩短了耦合器的封装尺寸,保偏光纤耦合器几何尺寸达到Φ3 mm×30 mm.通过不同封装工艺的实验,实现了具有高温度稳定特性的保偏光纤耦合器,器件在全温变化范围(－40℃～60℃)内分光比变化量小于2%,串音变化量小于3 dB.     

高精度保偏光纤偏振测试系统的设计

介绍了保偏光纤的偏振串音和h参数以及它们的相互关系。给出了高精度起偏系统和检偏系统的光路结构。对影响测试精度的各种因素进行了详细分析,并使用自制的测试系统对国内几个单位生产的保偏光纤进行了测试,得到了理想的测试结果。其中,2m长的保偏光纤的偏振串音达到了-50dB以下,其测试精度达到了国际先进水平。     

干涉光路装配应力对称性对Shupe误差的影响

Shupe误差是影响高精度光纤陀螺工程应用的主要技术瓶颈之一,针对高精度光纤陀螺装配封装后温度性能劣化的问题,对光纤陀螺光路进行了温度误差分析,揭示了干涉光路装配应力对Shupe误差的影响机理,并对不同状态下装配应力引入的温度误差进行了测试,选取初装全温零偏极差均为0.11(°)/h的3只光纤陀螺,并以粘接光纤环和Y波导尾纤的方式控制装配应力对称性,当尾纤粘接长度为30 cm时,2只装配应力对称性较差的光纤陀螺全温零偏极差变为0.24(°)/h和0.43(°)/h,温度性能出现明显劣化,装配应力对称性较好的光纤陀螺全温零偏极差为0.13(°)/h,温度性能未出现明显劣化.实验结果表明,干涉光路装配应力不对称会引起光纤陀螺温度性能出现明显劣化,且劣化程度与装配应力对称性直接相关,装配应力对称性越好,温度性能劣化越小.     

高折射率椭圆芯布拉格光纤的偏振特性

应用带完全匹配层边界条件的全矢量有限元方法,分析了高折射率椭圆芯布拉格光纤的偏振特性,详细讨论了光纤结构参量对模式双折射度以及群速度走离的影响,结果发现:高折射率椭圆芯布拉格光纤的模式双折射度可达10-2量级,比传统保偏光纤至少高出一个量级,并且表现出不同于传统保偏光纤的群速度走离特性;在保持较高双折射度的同时,通过合理的结构设计,可在一定的波长处灵活地获得较大的群速度走离或零走离特性,具有重要的潜在应用价值;最后,简要分析了低折射率区域的折射率变化对偏振特性的影响;研究结果有助于设计高性能的微结构保偏光纤。     

温度和电场作用下保偏光纤对方位传递的影响

针对基于保偏光纤的非通视方位传递系统中温度与电场引起的方位传递误差,从非通视方位传递系统的工作原理出发,分别推导了基于温度、电场作用保偏光纤的方位角解算模型,并仿真分析了保偏光纤长度、热膨胀系数及电场振幅等因素对方位传递精度的影响.实验结果表明,当温度为20℃时,方位角解算误差对温度不敏感;当温度高于20℃时,方位角解算误差容易受温度、保偏光纤长度的影响,可通过调整保偏光纤的热膨胀系数、泊松比控制方位传递误差.电场大小和电场作用长度共同影响方位角解算误差,当作用角度为45°时,电场振幅不会产生方位角解算误差.该研究结果对保偏光纤非通视方位传递系统的环境适应性研究及系统测量精度的提高具有一定的指导意义.     

基于长周期光纤光栅和保偏光纤Sagnac环光谱特性的温度与应变测量研究

提出并研制了一种结构简单、成本低廉的温度与应变同时测量系统,其结构是在保偏光纤Sagnac环内接入一个长周期光纤光栅(LPFG)。利用LPFG对保偏光纤Sagnac环的透射光谱进行调制,通过监测谐振峰波长和强度的变化,发现波长随温度和保偏光纤的应变变化,强度随LPFG的应变变化,因此可以实现温度与应变的区分测量,并且可判断出应变的施加位置。实验得到该系统的温度灵敏度为0.181 81 nm·℃-1,LPFG区的应变灵敏度为0.005 283 dB·με-1,保偏光纤Sagnac环区的应变灵敏度为0.015 72 nm·με-1。实验结果表明该方案可行,并具有一定的实用性。     

外应力对Y波导器件尾纤消光比的影响

本文研究了外应力对Y波导器件尾纤消光比及其温度稳定性的影响机理.在对保偏光纤固定部分进行应力分析的基础上,研究了外应力的大小、方向对于光纤应力双折射及尾纤消光比的影响,并分析了消光比的全温稳定性.结果表明,外应力是影响消光比常温性能及全温稳定性的主要因素.当外应力的方向与光纤固有应力双折射的主轴不重合时,尾纤最大消光比会低于保偏光纤的固有消光比,并且耦合后波导芯片与光纤慢轴之间对轴失准.当温度变化时,外应力的变化将导致消光比随温度的波动.当外应力沿着保偏光纤固有双折射主轴方向时,能够确保尾纤在耦合过程中实现最大的消光比,并保证波导芯片偏振方向与光纤慢轴的严格对准,此时尾纤消光比具有最佳的温度稳定性.对V型槽和U型槽光纤固定块进行了尾纤消光比性能及其温度稳定性的比较分析,试验验证表明,V型槽方案相对于难以保证外应力方向与光纤慢轴重合的U型槽固定块设计方案而言,可以有效改善消光比性能及其全温温度稳定性.     

外应力对Y波导器件尾纤消光比的影响

本文研究了外应力对Y波导器件尾纤消光比及其温度稳定性的影响机理.在对保偏光纤固定部分进行应力分析的基础上,研究了外应力的大小、方向对于光纤应力双折射及尾纤消光比的影响,并分析了消光比的全温稳定性.结果表明,外应力是影响消光比常温性能及全温稳定性的主要因素.当外应力的方向与光纤固有应力双折射的主轴不重合时,尾纤最大消光比会低于保偏光纤的固有消光比,并且耦合后波导芯片与光纤慢轴之间对轴失准.当温度变化时,外应力的变化将导致消光比随温度的波动.当外应力沿着保偏光纤固有双折射主轴方向时,能够确保尾纤在耦合过程中实现最大的消光比,并保证波导芯片偏振方向与光纤慢轴的严格对准,此时尾纤消光比具有最佳的温度稳定性.对V型槽和U型槽光纤固定块进行了尾纤消光比性能及其温度稳定性的比较分析,试验验证表明,V型槽方案相对于难以保证外应力方向与光纤慢轴重合的U型槽固定块设计方案而言,可以有效改善消光比性能及其全温温度稳定性.     

光纤型偏振器消光比测试方法研究

介绍了单模光纤偏振器和保偏光纤偏振器 (包括研磨型保偏光纤偏振器和线圈型保偏光纤偏振器 )消光比的基本测试方法。单模光纤偏振器的基本测试方法有偏振控制器法和旋转波片法 ;研磨型保偏光纤偏振器的基本测试方法有起偏器 45°法和消偏法 ;线圈型保偏光纤偏振器的基本测试方法有偏振控制器法和消偏法。对每种方法的优点和缺点以及在测试过程中可能会出现的问题进行了详细分析 ,并通过实验进行了验证     

基于偏振稳定双波长保偏光纤光栅激光器的可调谐微波/毫米波产生技术

首次提出了一种基于偏振稳定双波长保偏光纤光栅激光器的可调谐微波/毫米波产生技术, 利用保偏光纤光栅选频产生两个偏振稳定的激光信号, 采用扰偏器确保激光输出的两个正交偏振态功率的一致性, 最后输入高速光电探测器产生微波/毫米波. 通过对保偏光纤光栅施加不同大小的侧向应力, 可以灵活调谐输出的毫米波频率. 实验制作了基于偏振稳定双波长保偏光纤光栅激光器的可调 谐微波/毫米波产生装置, 通过对保偏光纤光栅施加不同的轴向拉力分别产生了20.407 和22.050 GHz的微波信号. 仿真产生了60 GHz的毫米波信号, 并分析该毫米波在光纤无线通信下行链路的传输性能, 结果表明该毫米波作为副载波调制到光波上从中心站传输80 km至基站后经天线发射至用户端, 解调后仍然得到很好的眼图, 充分证明了本方案的优越传输性能.     

保偏光纤的连接损耗和消光比分析

采用模式分析法处理两保偏光纤在连接中各种几何不对准误差引起的损耗和消光比的计算问题，给出了数值求解的结果，该结论对保偏光纤的连接，熔接和耦合等具有一定的指导意义。     

类矩形芯光子晶体光纤的色散与偏振特性

应用全矢量模型分析类矩形芯光子晶体光纤的色散和偏振特性，讨论了光纤结构参数对光纤特性的影响.研究表明：类矩形芯光子晶体光纤的模式双折射比普通椭圆保偏光纤至少高一个数量级.增大光纤的相对孔径，可获得更高的双折射.零走离点对应的波长也比普通椭圆保偏光纤长，随着孔距的增大，走离曲线将向长波长方向产生移位，零走离点发生红移，零走离点所对应的波长与孔距成正比.零走离点的出现，将有效地抑制一阶偏振模色散.通过调整光纤的结构参数，可以获得灵活的色散特性，在孔距Λ=2μm, 相对孔径d/Λ=03时，在波长155μm附近，获得近400nm的超平坦色散区.该光纤在偏振控制、色散控制和管理方面具有广泛的应用前景. 关键词： 导波光学 光子晶体光纤 类矩形芯 全矢量     

Method for improving the resolution and accuracy against birefringence dispersion in distributed polarization cross-talk measurements

We present a novel method for improving the spatial resolution and amplitude accuracy of distributed polarization cross-talk measurements in a polarization maintaining (PM) fiber against its birefringence dispersion. We show that the broadening of measured polarization cross-talk peaks caused by birefringence dispersion can be restored by simply multiplying the measurement data with a compensation function. The birefringence dispersion variable in the function can be obtained by finding the widths of measured cross-talk envelopes at known distances along the fiber. We demonstrate that this method can effectively improve spatial resolution and amplitude accuracy of the space-resolved polarization cross-talk measurements of long PM fibers.     

Method for improving the resolution and accuracy against birefringence dispersion in distributed polarization cross-talk measurements

We present a novel method for improving the spatial resolution and amplitude accuracy of distributed polarization cross-talk measurements in a polarization maintaining (PM) fiber against its birefringence dispersion. We show that the broadening of measured polarization cross-talk peaks caused by birefringence dispersion can be restored by simply multiplying the measurement data with a compensation function. The birefringence dispersion variable in the function can be obtained by finding the widths of measured cross-talk envelopes at known distances along the fiber. We demonstrate that this method can effectively improve spatial resolution and amplitude accuracy of the space-resolved polarization cross-talk measurements of long PM fibers.     

Analysis of thermal property in hollow-core polarization maintaining photonic crystal fibers

We study the thermal-induced variance of effective refractive indices (ERIs) and birefringence in several kinds of polarization maintaining fibers (PMF) and carry out numerical simulations by utilizing the finite element method (FEM). Responses under varying temperatures in these fibers are analyzed thoroughly. According to our computational results, hollow-core photonic crystal fibers (HC-PCFs) exhibit much more stable temperature-dependent ERIs and birefringence among these PMFs.     

布里渊动态光栅原理及其在光纤传感中的应用

自从2007年布里渊动态光栅被首次提出用于实现光存储以来,该技术得到了国际上的广泛关注和研究.布里渊动态光栅本质上是由相干声波场激发的折射率光栅,一般情况下两束抽运光(频率差等于光纤的布里渊频移)以相同的偏振态从光纤两端注入到光纤中,通过受激布里渊散射效应激发出相干声波场,即形成布里渊动态光栅.光纤布里渊动态光栅因具有全光产生、参数灵活可控的优点,已被广泛研究应用于光纤传感、光纤特性表征、光存储、全光信号处理、微波光子学和高精度光谱分析等.本文分析布里渊动态光栅产生和探测原理,重点探讨在高性能分布式光纤传感上的应用,这些应用包括高灵敏度温度和应变分布式传感、温度和应变同时解调、分布式横向压力传感、分布式静压力(气压或液压)传感、高空间分辨率分布式传感和高精度光谱分析.     

光纤几何路径引起的圆双折射

本文对单模光纤中线偏振面的旋转与光纤几何路径的关系进行了研究.首次报道了在光纤入射端和出射端不平行的情况下的数值计算和实验测量结果.     

移动侧向压力法测量高圆双折射光纤

对扭转高圆双折射光纤中光的偏民变化作了分析，提出用移动侧向变压力法测量高圆双折射光纤中的圆双折射，并在实验上用这种方法对扭转光纤效益作了测量。得到的测量结果与计算值（在已知光导转率下）相对误差在２．４％之内。这一方法为高圆双折射光纤的无损检测提供了另一途径。     

Effect of radiation-induced color centers absorption in optical fibers on fiber optic gyroscope for space application

The effects of color centers' absorption on fibers and interferometric fiber optical gyroscopes(IFOGs) are studied in the paper. The irradiation induced attenuation(RIA) spectra of three types of polarization-maintaining fibers(PMFs), i.e.,P-doped, Ge-doped, and pure silica, irradiated at 100 Gy and 1000 Gy are measured in a wavelength range from 1100 nm to1600 nm and decomposed according to the Gaussian model. The relationship of the color centers absorption intensity with radiation dose is investigated based on a power model. Furthermore, the effects of all color centers' absorption on RIA and mean wavelength shifts(MWS) at 1300 nm and 1550 nm are discussed respectively. Finally, the random walk coefficient(RWC) degradation induced from RIA and the scale factor error induced by MWS of the IFOG are simulated and tested at a wavelength of 1300 nm. This research will contribute to the applications of the fibers in radiation environments.