耦合环辅助多模光纤受激布里渊散射阈值分析

为了降低模间串扰,提出了一种耦合环辅助多模光纤结构,通过仿真软件对其结构进行建模,并建立了其受激布里渊散射增益谱的数学模型;理论分析了耦合环辅助多模光纤的受激布里渊散射阈值以及光纤参量和模式对受激布里渊散射光谱阈值的影响,并通过了仿真实验验证。结果表明,耦合环辅助多模光纤增大关键模式有效折射率差值为原来的1.75倍,可有效抑制模间串扰;受激布里渊散射光谱阈值跟随光纤长度的增加,从急剧下降变至缓慢,最终在18 km处趋于定值30 dBm;在其它条件不变的情况下,阈值随着衰减系数、纤芯的有效截面积和光纤模式阶数的增加呈线性关系增加,随着纤芯半径的增加呈指数形式增长。该研究为提升光纤通信系统的传输距离和信道容量提供了理论参考。

基于多模光纤光栅光谱中拐点的温度传感研究

在高温传感应用中,蓝宝石光纤光栅能够稳定传递温度变化信息,因此备受关注和青睐。但是,蓝宝石光纤光栅是多模光纤光栅,其谱线较为杂乱,当监测其反射光谱中反射峰实现传感时,存在识别困难和反射率低等问题,不利于温度传感应用中的有效识别和高精度探测。本文以多模光纤光栅为研究对象,提出了一种监测多模光纤光栅光谱中拐点实现传感的新方案。从耦合模式理论出发,研究了多模光纤光栅的耦合系数随模式阶数和圆形改性区域半径的变化规律,发现了耦合系数的拐点,并解释了其出现的原因,发现该拐点只与光纤结构有关,而与光栅的结构无关,通过追踪多模光纤光栅光谱中的拐点实现了温度传感,传感灵敏度为0.0137 nm/℃。在本文提出的传感探测方案中,光谱中拐点的识别度高,有利于高精度温度传感,为多模光纤光栅温度传感提供了新的探测方案,有望为光纤光栅的传感应用提供一个有力候选。

基于传输矩阵的公里级多模光纤计算成像技术(特邀)

多模光纤因其高通量的优点,成为短距光纤通信的重要传输介质之一。然而,不同模式在多模光纤的传输过程中会发生模式色散,导致输出端形成杂乱无序的散斑,无法直接通过简单的强度探测解调出输入信息。为解决这一问题,该研究探讨了基于传输矩阵方法在公里级多模光纤上实现信息并行传输,结合精准传输矩阵测量及求逆,不仅成功实现了256阶灰度图像信息的高保真计算成像,而且实现了基于传输矩阵的公里级多模光纤视频传输,验证了该方法的准确性和有效性。实验结果表明:借助空间光波前调制手段,结合传输矩阵求逆方法,随机二维码和高清全彩视频传输的准确性均达到了100%,解调准确率优于传统的散斑相关散射矩阵方法。该研究的成果可为短距光纤通信、空间光通信和光学安全保密通信等领域的发展提供新的思路。

基于渐变折射率多模光纤产生稳定超短脉冲的研究

在掺铒光纤激光腔中采用渐变折射率多模光纤作为有效的可饱和吸收体,产生了稳定的740fs 超短脉冲,在基重复频率为17.85MHz,其信噪比可达69dB。传统孤子脉冲的中心波长为1574.17 nm ,3 dB 光谱带宽为3.99 nm。研究结果表明,渐变折射率多模光纤作为可饱和吸收体在激光器中具有重要的应用价值,为高能量、高稳定的超短脉冲的形成提供了一条重要技术途径。

输变电线路通信系统中多模光纤技术的应用研究

随着现代电力系统的发展,输变电线路通信系统在保障电力系统的稳定性和可靠性方面发挥重要的作用,光纤技术因其高带宽、低损耗、抗电磁干扰等优点,广泛应用于电力系统通信。文章对比分析多模光纤与单模光纤的性能差异,探讨多模光纤在输变电线路通信系统中的应用优势。研究结果表明,多模光纤在短距离数据传输中具有高带宽性能,适用于电力系统中的局部区域通信。虽然多模光纤在长距离传输中存在较大衰减和非线性效应,但是可以采用色散补偿技术有效减轻这些影响。此外,光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer,OTDR)技术在多模光纤中的应用能够快速检测与定位故障,提高系统的维护效率。

多模光纤布里渊散射阈值理论分析与计算

针对目前受激布里渊散射(SBS)阈值研究主要针对单模光纤,而对多模光纤研究较少的现状,理论分析和计算了多模光纤SBS阈值特性。结果表明:对于多模光纤,由于其多个模式的布里渊增益谱叠加导致频谱展宽,其布里渊增益谱最大增益1.667 5×10-11 m/W较单模光纤偏低。根据多模光纤布里渊散射增益,通过SBS阈值公式获得了50/125μm阶跃折射率多模光纤和渐变折射率多模的SBS阈值与光纤长度、衰减系数、纤芯半径之间的关系。理论分析可知,阶跃折射率多模光纤的SBS阈值是渐变折射率多模光纤的4.5倍,更不容易发生SBS非线性效应。

多模光纤弯曲损耗的分析

从多模光纤中模式传输理论和射线分析法出发 ,分析用多模光纤做连接器件时造成输出功率不稳定的原因 ,并用数值模拟方法给出多模光纤弯曲损耗情况。当多模光纤弯曲半径小于 5mm时 ,损耗变得很大。据此可得到使多模光纤模式稳定的扰模器的最佳尺寸。

激光脉冲在阶跃型多模光纤中的传输

对紫外激光脉冲在阶跃型多模光纤中的传输特性，包括材料色散、模式色散、非线性效应、耦合方式、光纤功率支撑能力等方面进行了理论分析和实验研究。结果表明，该光纤对ｐｓ量级脉冲的功率支撑能力有限，而对于ｎｓ量级的紫外脉冲，是一种较好的传输介质。

多模光纤不同模式布里渊散射参数

基于射线光学和波动光学理论分析了多模光纤的布里渊散射特性,提出了确定布里渊散射角取值范围的方法;推导了阶跃型和渐变型多模光纤不同模式群布里渊频移、线宽、散射谱和散射功率的表达式.结果表明,阶跃型和渐变型多模光纤布里渊散射角的最大取值范围为全反射临界角的2倍到π;阶跃型光纤的布里渊频移、线宽、归一化峰值增益和散射功率随模式群的变化比渐变型光纤缓慢,且随着模式群编号的增加,阶跃型光纤的上述参量分别在11.084～10.932GHz、21.760～21.168 MHz、1～0.933和1.990×10-9～1.857×10-9 W范围内呈曲线下降;渐变型光纤的上述参量分别在11.064～10.969GHz、21.683～21.314MHz、1～0.957和2.052×10-9～1.965×10-9 W范围内呈直线下降.

多模光纤出射光束光强分布的研究

采用横向偏移法测量以LED为激励源的多模光纤纤芯截面光强分布和出射光束的传输特性,将光强分布从近距光强分布和远距光强分布两方面进行讨论,比较分析了理论曲线与实验曲线,指出LED作为光源的多模光纤光强分布非常有利于光耦合,并可通过测量多模光纤光强分布得到光纤数值孔径的大小。

基于多模光纤散斑的压缩感知在光学图像加密中的应用

为了安全高效地对图像信息进行传输,提出了一种新颖的基于多模光纤散斑的压缩感知结合双随机相位编码的光学图像加密方法.多模光纤产生的光斑作为压缩感知的测量矩阵,完成对图像的第一次压缩和加密,并且充当第一级密钥;再利用双随机相位编码技术进行第二次加密,实现对图像的完整加密过程,随机相位掩模板充当第二级密钥,解密过程与此相反.通过将光斑测量矩阵与用于压缩感知的常用随机测量矩阵进行对比研究后发现,使用光斑测量矩阵解密后的图像质量更好,而且相比于其他随机测量矩阵在硬件实现上的复杂性与高成本,光斑矩阵可以很容易地通过简单的光学器件来获得,且可以利用工作波长的改变来进行变换,也即第一级密钥非常容易变换.同时经研究表明,本文方法可以有效抵抗统计分析、噪声干扰和剪切等攻击,且对密钥敏感性高,具有良好的鲁棒性和安全性.因此,本文提出的这种基于光斑矩阵的压缩感知与双随机相位编码结合起来的加密方法,可以获得良好的加密效果与极大的密钥空间,并且易于在光学领域整合.

多模光纤弯曲损耗的理论分析

用速度观点，分析了多模光纤弯曲损耗的物理本质据射线理论分析了弯曲对光纤内传播的光线及光纤数值孔径的影响。

大功率LD与多模光纤的直接耦合

将多模光纤末端研磨成圆锥面，与大功率ＬＤ进行直接耦合。分析了影响耦合效率的主要因素，提出了在工具显微镜上实现直接耦合的新方法，耦合效率高于５０８％。

激光在锥形多模光纤中的耦合效率与传输模式

基于光线追迹的方法建立了典型锥形多模光纤的传输模型,结合激光干扰设备激光的特点,模拟计算了激光在锥形多模光纤中的耦合效率和传输模式,并设计进行了光学实验。仿真和实验结果表明:高斯激光光斑经锥形多模光纤传输后为圆环形光斑;耦合效率随激光入射角的增大而减小,减小的速率随入射角的增大而减小。为解决圆环形光斑分布,提出了将输出端连接的圆柱形光纤弯曲一定角度的方法,该方法可以将光斑改善为二维正态分布的光斑,理论耦合效率近80%。该研究为激光干扰设备的干扰激光直接介入激光制导武器对抗半实物仿真系统提供了理论和实验支持。

多模光纤布里渊散射谱及阈值理论计算

从受激布里渊散射耦合波导方程出发建立了多模光纤布里渊频移、泵浦波、斯托克斯波和声波场理论模型,分析对比了多模光纤与单模光纤布里渊散射谱的频移、增益、线宽和受激布里渊散射阈值,并进一步分析了光纤长度、衰减系数、数值孔径对多模光纤受激布里渊散射阈值的影响。结果表明,多模光纤多个模式布里渊散射谱叠加造成其总的布里渊散射谱展宽,不再满足洛伦兹分布,其线宽增加至原来数倍、峰值增益和频移降低;渐变折射率多模光纤SBS阈值一般在80 m W以上,远大于单模光纤;纤芯直径相同时,相比于阶跃折射率多模光纤,数值孔径对渐变折射率多模光纤SBS阈值的影响较大,后者更易发生受激布里渊散射效应。理论计算与已报道测量结果的比较验证了理论分析的正确性。文中研究为建立基于多模光纤的布里渊散射分布式传感系统奠定了理论基础。

单模与多模光纤级联型压力传感器

研制了一种基于单模光纤与多模光纤级联结构的马赫-曾德尔干涉型压力传感器,它通过将一段单模光纤夹熔在两段多模光纤之间制成.利用纤芯的不匹配所激发的单模光纤中纤芯模和包层模之间的干涉,使外界压力的变化直接作用于单模光纤内部光场,获得较高灵敏度.当传感器总长度为39mm时,可获得较为理想的传输谱线.压力传感实验表明：随着压力的增大,传输光谱向长波方向漂移,在2~16N的压力范围内,传感器的压力灵敏度为554.830pm/N,线性度为0.984,具有结构简单、易于制造、成本较低、灵敏度高等优点,可用于不同领域的压力传感.

多模光纤带通特性分析

多模光纤存在严重的模式色散,其带宽距离积受限。为此,分析了多模光纤的带通特性。从多模光纤传递函数出发,推导了多模光纤频率响应函数以及频率响应和幅度响应的相关函数,并进行了仿真分析。结果表明,多模光纤频率响应的高频部分相对平坦,由一系列带通区域组成,每个带通区域的带宽与导模的时延有关。仿真实验表,明通过载波复用技术,可以利用这些带通区域进行吉比特容量信息的传输。

波长和强度同时响应的锥形多模光纤温度传感器

通过将一段长为17mm的多模光纤两端分别与单模光纤对芯熔接,然后对多模光纤部分进行拉锥处理,得到一种波长和强度同时对温度响应的锥形多模光纤温度传感器。实验研究了30℃~80℃范围内传感器的温度传感特性。实验结果表明:当环境温度发生变化时,该传感器在1 542nm附近干涉波谷的波长和强度对温度的响应灵敏度分别可达到0.041nm/℃和0.106dB/℃,并且传感器干涉条纹的波长响应和强度响应之间呈良好的线性关系。基于传感器波长响应与强度响应之间的该线性关系,通过传感信号强度的检测即可实现干涉型光纤传感器的相位解调,该方法为传感解调信号提供了新思路,具有重要的参考价值。

基于多模光纤的动态光散射粒径测量研究

介绍了一种用多模光纤构造的动态光散射粒径测量实验系统,系统中没有对接收光纤的孔径角加任何限制措施。分别用单分散,多分散和不同浓度的标准聚苯乙烯乳胶球悬浮液检测了该系统的适用性。结果表明,该系统可准确地测量浓度(体积分数)达5%的聚苯乙烯乳胶球溶液中悬浮颗粒的粒径分布。

多模光纤强度调制型扰动传感器传感原理

介绍了一种采用"单模光纤-多模光纤-单模光纤"结构的强度调制型扰动传感器,传感光纤为多模光纤.以提高传感灵敏度为目的,对强度调制的传感原理进行研究,并通过仿真及实验验证原理,得出使用相干光源、阶跃折射率多模光纤、对轴熔接单模光纤和多模光纤可以得到传感灵敏度很高的扰动传感器.所述方案结构简单、传感距离长,可应用于各种扰动传感领域,如边界线、军事基地、石油管道等.