多波长与横模可切换掺镱光纤激光器的研究

设计并制备了一种具有环形掺镱纤芯的光纤波导结构,并提出了一种基于该环芯掺镱光纤和少模光纤布拉格光栅的多波长与横模可切换光纤激光器。在这种光纤激光器中,只需简单调整腔内的偏振控制器,就可以实现单波长和双波长的激光稳定振荡。当激光器在单波长下工作时,可以切换两种横模输出,包括LP01模和LP11模,两种模式都获得了小于0.08 nm的3 dB窄线宽和大于45 dB的高边模抑制比,中心波长和光强的波动分别为±0.01 nm和±1 dB。试验表明:该环芯掺镱光纤有助于LP11模获得的增益高于LP01模,LP01模式激光的斜率效率为34.34%,而LP11模式激光的斜率效率高达49.09%。该光纤激光器可以在模分复用系统和激光加工等领域发挥重要的作用。

基于U波段光波产生频率可调谐的微波载波

【目的】具有可调谐能力的高频微波载波(GHz)在第五代移动通信技术(5G)/第六代移动通信技术(6G)无线网络、雷达系统和卫星通信领域中有着广泛的应用。由于比较简单的系统结构、大带宽和低损耗的优点,基于光子技术生成高频可调谐微波载波的技术方案吸引了国内外研究团队的广泛关注。由于目前C波段有着成熟的商用器件,因此目前光生微波实验多在C波段进行。随着波分复用(WDM)—光载射频(ROF)技术借助WDM系统在光频域的合/分波来灵活实现微波频段的合/分波,利用ROF系统采用光生微波技术来简化基站配置,使得C波段的有限带宽资源(35 nm, 1 530~1 565 nm)越来越紧张。因此,光生微波技术的研究有着向更宽光谱范围扩展的驱动力。U波段可以提供宽至50 nm(1 625~1 675 nm)的信道带宽来缓解C波段的信道利用压力。在U波段,标准单模光纤已实现低至0.195 dB/km(@1 625 nm)的光功率损耗,特别是,掺铥光纤放大器在U波段也可实现达到18.7 dB(@1 655 nm)的大带宽增益。因此,基于标准单模光纤的WDM系统可向U波段扩展,从而促使WDM-ROF技术向这一波段延伸,进而带动光生微波技术向U波段拓展。文章研究了U波段的光生微波技术。【方法】从数学模型上看,现有光生微波技术对所应用的光载波波段是透明的,只需选择对应工作波段的光子学器件就可在任意波段使用这些方法来产生微波载波。从原理上看,C波段的光子学器件(如偏振控制器、相位调制器(PM)和光纤移相器(FPS)等)可以工作在U波段,这些器件的工艺技术成熟并易于购置。因此,文章采用C波段的PM、FPS和光耦合器等光子学器件,基于U波段光载波搭建了光生微波载波系统。【结果】最终基于该系统产生了调谐范围覆盖7.5~12.0 GHz、杂散抑制比达29.6~35.2 dB的可调谐微波载波。【结论】文章通过公式原理分析和实验验证,实现了将光生微波载波技术的工作波段扩展至U波段。

2μm波段Ge-on-SOI光电探测器的TPA探测

【目的】随着光通信技术的快速发展,工作在传统通信窗口的光通信系统未来可能会面临通信“波段紧缩”的状况。而在2μm波段,空芯光子带隙光纤的损耗可以低至0.2 dB/km,掺铥光纤放大器(型号为CTFA)在2μm波段的增益峰值可达30 dB,这些高性能器件的出现使得2μm波段有缓解通信“波段紧缩”的潜力,同时也对制作难度小且利于大规模生产的2μm波段硅基光电探测器提出了需求。硅基光电探测器的工作波段扩展主要方案有采用具有可调谐带隙的Ⅲ-Ⅴ族材料、引入低带隙宽度材料作为吸收区和利用吸收区材料在2μm波段新的光吸收机制等。而Ge具有非常高的双光子吸收(TPA)系数(1225 GW/cm@2μm),并且Ge-on-绝缘体上硅(SOI)光电探测器结构兼容标准硅光器件制作工艺,具有制作难度较低和成本较低的优势,是2μm光电探测器的一种较优方案。文章的研究目的是验证Ge-on-SOI光电探测器利用TPA这一特殊光吸收机制实现2μm波段光电探测的可行性。【方法】文章基于Ge材料在2μm波段较高的TPA效应产生电流的物理机制实现了2μm波段的光电探测。理论上,对Ge材料通过TPA效应产生的光生电流大小进行了分析与讨论;在实验上,基于片上硅基器件有源测试系统对商用波导型Ge-on-SOI光电探测器的光输入端(光栅耦合器)施加经过掺铥光纤放大器放大后的高功率2μm波段输入光,并调整光纤与光栅的对准以及输入光偏振态以尽可能减少输入光传输到Ge吸收层的损耗,最终通过探针获取探测器的TPA光生电流。【结果】在功率为21.9 dBm的2μm光信号输入下,该商用波导型Ge-on-SOI光电探测器在2μm波段产生了高至651 nA的TPA净光生电流,并近似获得了>10 mA/W的响应度。【结论】文章验证了通过Ge材料TPA效应实现2μm波段光电探测器的科学可行性,为基于TPA的2μm波段Ge-on-SOI光电探测器的设计提供了实验支撑。

高精度光纤光栅振动解调系统研究与应用

为实现工程系统中对振动信号的检测,提出了一种基于衍射光栅的光纤布拉格光栅(FBG)振动解调系统。解调系统通过色散成像原理获取传感器反射光谱,由所设计的嵌入式单元进行信号处理,并通过专用的上位机解调软件完成数据处理与分析。将系统封装为解调仪器,能实际应用于振动信号的探测。所设计的系统波长解调范围为1525~1570 nm,波长重复性可达±1 pm,分辨率为0.5 pm,可实现8通道复用测量,最高光谱解调速度可达10 kHz。实验结果表明,该FBG振动解调系统能够高精度测量不同频率与幅度的振动信号,最小可探测应变约为0.319με/Hz^(1/2),在结构安全监测等领域具有重要的应用前景。

蓝宝石光纤及其高温传感器

单晶蓝宝石光纤具有热稳定性好、机械性能强、化学性能稳定等优点,在高温、高压等恶劣环境中的应用受到广泛关注.介绍了单晶蓝宝石光纤的制备方法、基本特性及高温传输特性.重点讨论了目前基于单晶蓝宝石光纤制备的高温传感器件,包括法布里-珀罗干涉仪、布拉格光栅、以及迈克尔逊干涉仪,并分析了这些传感器的制备方法和工作原理.最后针对单晶蓝宝石光纤与传统单模光纤难兼容的问题,介绍了蓝宝石衍生光纤的制备及其传感器的最新进展,并展望了未来蓝宝石光纤的发展方向.

低损耗有机无机混合溶胶凝胶波导的实验研究

利用有机无机混合的溶胶凝胶方法在硅基底上制备波导薄膜·采用正硅酸四乙酯和苯基三乙氧基硅烷作为反应先驱物,利用旋涂的方法成膜,对其折射率,传输损耗以及条形波导的光刻、刻蚀特性进行了研究·测量了波导薄膜折射率随成分变化的关系·实验表明,该方法工艺简单,可以获得具有较低损耗的波导薄膜·测试得到632.8nm波段的损耗系数为0.23dB/cm·采用ICP刻蚀工艺获得了较为平整的条形波导·

相位敏感光时域反射光纤传感技术的研究综述

相位敏感光时域反射计(Phase-sensitive Optical Time Domain Reflectometer,Φ-OTDR)是一种新型的分布式光纤传感技术,在周界安防入侵和建筑结构健康监测等领域具有广泛应用.针对Φ-OTDR的传感原理,根据其系统结构及信号处理,总结了Φ-OTDR系统在光源技术、传感头技术、探测技术、复用技术和信号处理技术方面的进展,并对其进行了简要分析.

蓝宝石衍生光纤及传感器研究进展

蓝宝石衍生光纤(sapphire-derived fiber,SDF)具有机械强度良好、耐高温等性能,在高温传感、分布式应力传感等方面有广阔应用前景.该文首先简要介绍了蓝宝石衍生光纤的基本特性,然后结合该课题组近几年在该方向的研究进展,对基于蓝宝石衍生光纤的布拉格光栅、法布里-珀罗腔、长周期光栅和马赫-曾德尔干涉仪进行重点讨论,分析了基于蓝宝石衍生光纤传感器的工作原理和实现方法.

光纤渐逝波耦合湿度传感器研究

提出了一种新颖的光纤渐逝波耦合湿度传感器,它是将光纤通信中常规的光纤熔融拉锥渐逝波耦合器与溶胶-凝胶材料相结合,利用溶胶凝胶材料的多孔结构,实现对水分子的吸附,这将改变溶胶-凝胶材料的折射率,从而改变光纤耦合器的分光比,达到湿度传感的目的。

一种新颖的复合环形谐振腔的理论分析

文章基于环形谐振腔所具有的非线性相位传输特性,提出了一种新型的动态光谱滤波器结构,它将全通环形谐振腔调相器接入平衡马赫-曾德干涉仪,实现复合结构的动态滤波特性。与传统的马赫-曾德干涉仪相比,此复合滤波结构可利用远小于π的相移调整实现输入光信号的开关,因此,在提高开关速度、降低调相器功耗等方面具有重要的应用价值。

特种光纤及器件研究

特种光纤及器件在光纤通信、光纤传感、光纤激光等领域有非常广泛的应用.近年来,上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室将纳米技术与特种光纤及器件相结合,开展了特种纳米半导体掺杂光纤、抗辐射光纤、包层模谐振光纤以及量子点光纤放大器等方面的研究,并探索了它们在宽光谱光放大、特种光纤传感器等方面的应用.

平面弯曲波导耦合器的特性分析

根据耦合模理论和弯曲波导耦合器的结构特点,对平面弯曲波导耦合器的特性进行了分析,结果表明弯曲波导耦合器的弯曲半径和最小间距两个可调变量,增加了波导器件设计的灵活性;同时由于等效耦合长度的调制作用使得弯曲波导耦合器在波分复用/解复用中比平行直波导耦合器具有更大的复用带宽;分析了弯曲半径和最小间距对弯曲波导耦合器复用带宽的影响,为实际波导器件的设计制作提供了一定的理论依据.

跑道形玻璃波导谐振腔滤波器的研制(英文)

采用Ag+-Na+离子工艺,在K9玻璃上制备了跑道形波导谐振腔滤波器.测试得到该滤波器自由光谱范围为FSR=0.177nm,对比对为Cr=7.5dB.同时分析得到耦合器的耦合系数为κ=0.916,耦合器和环形腔的损耗因子分别为δ=0.55,γ=0.48.耦合器的两波导几乎相连、条波导边缘不规则和一次离子交换波导表面缺陷是造成该波导滤波器具有较大损耗的主要原因.通过改进工艺技术降低波导损耗,该滤波器可以用于光通信、传感等领域,也可与其它波导结构相结合实现新的功能.

伽马射线辐照对掺铅石英光纤的磁光特性影响

研究了伽马射线辐照对掺铅石英光纤磁光特性的影响。实验结果表明:掺铅石英光纤样品辐照前,在660、808、980、1310和1550 nm波长处的费尔德常数分别为3.093、1.676、1.240、0.705和0.538 rad/(T?m),均高于单模光纤的费尔德常数,且费尔德常数随着波长的增加而减小,尤其在660 nm,相比较单模光纤,掺铅石英光纤样品费尔德常数提高了20.82%。经伽马射线辐照后,掺铅石英光纤样品的费尔德常数随着辐照剂量的增加而增大,尤其在5 k Gy剂量,其费尔德常数增加了41.94%,而单模光纤仅增加了33.04%。掺铅石英光纤通过掺杂及辐照的手段提高了费尔德常数,在大电流传感领域具有重要意义。

光纤法布里珀罗声发射传感系统

实现了一种由多个光纤法布里珀罗传感器构成的声发射传感系统,可用于变压器局部放电的检测与定位。该系统利用光纤法布里珀罗声发射传感器实现信号采集,利用门限检测的方法实现信号检测,并通过计算信号达到不同传感头的时延差实现放电源的空间定位,具有传感头尺寸小、系统结构简单、抗电磁干扰性能强等优势。

电场作用下掺锰石英光纤中线偏振光传输特性研究

为克服传统的基于非光纤传感元件的光纤电压传感器在技术复杂、价格高昂、晶体损耗大且与光纤耦合困难等不足之处,首先研制出了掺锰石英光纤样品,进而实验研究了电场对掺锰石英光纤中线偏振光传输特性的影响。测试分析了掺锰石英光纤中线偏振光的偏转角随电场强度的变化,其呈近似的线性关系。同时,测试分析了线偏振光的偏转角随电场强度的变化灵敏度与掺锰石英光纤长度之间关系。获得掺锰石英光纤长度分别为2.5、5和10 m时,其偏转角随电场强度的变化灵敏度分别为1.23×10^（-3）°m/kV、2.46×10^（-3）°m/kV和3.26×10^（-3）°m/kV。研究结果表明,所研制的掺锰石英光纤中线偏振光的偏转角与电场强度之间的线性关系在全光纤高压传感领域将具有潜在的应用价值。

利用离子交换技术制备跑道形波导谐振腔滤波器的研究

采用AgNO3和KNO3混和熔盐作为离子交换源,在K9玻璃上制备了跑道形波导谐振腔滤波器。利用ASE宽带光源和光谱仪对器件特性进行了测试,得到的该滤波器自由光谱范围为0.176nm。对比对Cr=4dB和3dB带宽δλ=0.13nm来说,耦合系数和传输损耗分别为к=0.9和α=3.2dB/cm。测试了环形腔的热光调相特性,在16℃的变化范围内实现了2π的相移。通过分析,波导材料的热光系数约为1.49×10-5/℃。该滤波器不仅可用于滤波、传感等领域,而且也可与其它波导结构相结合实现新的功能。

课程项目与思政元素相融合的电路课程教学探索与实践

针对传统专业课程思政教育存在的思政与专业知识脱节、思政案例生硬等问题,从重构项目目标、项目实施与评价方法等方面,提出课程项目与思政元素相融合的电路课程思政教学方案。实践效果表明,过程化的思政育人模式能够有效激发学生的学习兴趣,培养学生的综合实践能力,促进团队合作,实现学生专业能力与价值素养的同步提升,对电路课程的思政教学改革具有一定参考价值。

抗辐射保偏光纤的制备及其特性研究

本文通过对保偏光纤进行光漂白与低温相结合处理的方式,来提高光纤的抗辐射性能。保偏光纤再经过1.0 kGy的高剂量预辐照处理后,其损耗会明显增大。随后采用980 nm的激光对光纤进行光漂白处理,其损耗并没有发生明显变化。但是,处理后的样品在小剂量辐照条件下其光纤传输呈现先减小后增大的趋势。对于通过液氮进行冷处理的预辐照样品,其光纤传输损耗得到明显的降低,同时光纤经过小剂量辐照后的损耗同样也具有先减小后增大的现象。最后,将两种处理方式相结合,一方面可以有效地降低预辐照光纤的传输损耗,另一方面也使得保偏光纤在小剂量辐照的条件下,使其传输损耗具有减小的趋势,大大提高了保偏光纤在小剂量辐照条件下的抗辐照特性。

2×2熔锥光纤表面增强拉曼散射实验

基于光纤渐逝波原理,结合表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)技术,实验研究一种银溶胶涂覆的2×2熔锥光纤的SERS特性.熔锥光纤由一对单模光纤经过熔融拉制而成,固化在其表面的银溶胶为表面活性基底,起拉曼增强作用.随着锥区长度的增加,纤芯逐渐减小,其对光的束缚能力变弱,从而透射出较强的可作为拉曼激发光源的渐逝波.实验中,以R6G为待测溶液,在耦合锥区探测到低浓度目标分子R6G的拉曼光谱,其最低检测浓度达到了10-8 mol/L。