具有温度自补偿的保偏光纤布拉格光栅多参量传感器的设计与制备

多参量的动态检测对于隧道、桥梁和管道等结构疲劳损伤的预测具有重要意义,开发一种高灵敏度、环境友好、低成本和易于操作的多参量动态检测技术一直是业界追求的目标.为了克服目前基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)的多参量传感器结构和原理复杂、制作成本高等问题,本文基于保偏光纤布拉格光栅(PM-FBG)设计并制作了一种结构简单且高灵敏度,单点可同时测量多个参量的新型传感器.该传感器通过传感臂可以同时测量某一点在两个垂直方向上的位移和扭转变化,并具有温度自补偿功能.实验结果表明:该传感器的快轴和慢轴对于温度的响应不同,其线性灵敏度分别为11.4 pm/℃和10.6 pm/℃,温度补偿系数为0.8 pm/℃,平均扭转灵敏度为0.20 dB/(°);该传感器的快轴和慢轴对位移/弯曲的响应相同,线性灵敏度为31.5 pm/mm.当改变传感器周围的温度场,其位移和扭转传感性能不受影响,可实现3个参量的同时测量.本文研制的PM-FBG新型多参量传感器可以保证高精度的温度、位移和扭转测量,同时具有较低的制作成本,有望为多参量动态检测提供一种新的手段.

基于保偏光纤光栅的低噪声外腔半导体激光器

研制了1550nm波段的窄线宽、低噪声混合集成外腔半导体激光器,将保偏光纤布拉格光栅(FBG)作为反馈元件与半导体增益芯片进行耦合,并利用FBG斜边处的大群时延特性将半导体激光器的线宽压窄。所得到的蝶形封装激光器原型器件实现了稳定的单纵模、单偏振激光的保偏输出,在1kHz处积分线宽为15.9kHz的输出功率≥30mW,洛伦兹线宽为4.85kHz,本征线宽为4.06kHz,相对强度噪声≤-155dB·Hz^(-1)@1 MHz,偏振消光比>25dB,无跳模电流调谐范围≥8 GHz,无跳模温度调谐范围≥14 GHz,6h功率稳定度为1.7%,频率漂移量<50 MHz。

频率可调的双路相位编码微波信号系统

提出一种在单输入情况下同时产生两路任意相位编码微波信号的方法,不仅可以保证编码信号180°的相移,还可实现编码信号的频率大范围调谐.建立由一个双平行马赫曾德调制器和一个保偏布拉格光栅组成的系统,激光输入双平行马赫曾德调制器调制后,通过保偏布拉格光栅与偏振分束器的共同作用产生两路偏振正交的±2阶边带.其中一对边带经过相位调制器调制后与另一对耦合,最后输出两个光电探测器拍频得到高频率、低噪声的相位编码微波信号.仿真结果表明,通过调节驱动信号的频率,可得到5~100 GHz的一系列四倍频相位编码微波信号.还原的相位信息与脉冲压缩比均和理论值吻合,证明了所提方法具有良好的脉冲压缩性能.

用于毫米波产生的平衡输出单纵模双波长光纤激光器

报道了一种可用于生成毫米波源的单纵模双波长光纤激光器。该激光器采用保偏光纤布拉格光栅作为波长选择器件,其选出的两个波长是正交偏振态的,增强了偏振烧孔效应,有效减少了不同波长之间的竞争,得到稳定的双波长输出.利用复合腔的游标效应抑制多模振荡,实现激光器单纵模运转。双波长间隔约0.318 nm(39.8 GHz),边模抑制比(SMSR)大于50 dB.

基于腔内偏振分束器偏振控制的线偏振掺镱双包层光纤激光器

研究了一种单双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器结构,腔内插入可以绕光轴方向旋转的立方体偏振分束器(PBS)进行偏振控制,实现单双波长的转换。激光谐振腔由高反射率的双色镜和较低反射率(10.2%)的保偏光纤布拉格光栅(PM-FBG)构成;由于保偏光纤光栅的偏振选择反馈作用增强了偏振烧孔效应,通过调节谐振腔内偏振分束器的旋转角度实现了激光的单双波长之间的切换。利用琼斯矩阵理论分析了偏振态与旋转角度的关系,其结果与实验结果吻合。实验中输出激光的双波长为1070.08nm和1070.39nm、功率为1W、激光信噪比为48dB、斜率效率为34%、3dB带宽为0.02nm。利用格兰汤姆孙棱镜对该激光的偏振特性进行了研究:单波长运转时为线偏振激光,偏振度达13.37dB;双波长运转时为正交偏振激光。

面向光载无线系统的混合频相调制信号产生

为提高光载无线系统传输容量,提出一种混合频相调制信号光学产生技术。利用保偏光纤布拉格光栅对不同输入偏振态响应不同的特性,将加载到信号偏振态的基带信息转换到输出波长上,并通过在接收端的外插拍频实现频率调制。同时通过光学相位调制将信息映射到拍频产生的微波信号上,最终产生混合频相调制信号。搭建基带传输式光载无线系统,验证了该信号产生方法的有效性。产生了码率为1Gbit/s、频率为12.5GHz/9.5GHz的混合频相调制信号,该信号经过5km光纤传输后由接收端解调。信号的时域波形及解调后信号眼图与星座图等结果证明了所产生的混合频相调制信号的可靠性。