锥形光纤光栅传感器的传感特性

为解决锥形光纤光栅的温度应力交叉敏感问题,本文提出一种对温度不敏感的反射波半峰值带宽进行编码的方法。由于锥形光纤光栅的反射波半峰值带宽仅随应力变化而不受温度影响,因此笔者利用这一特性进行编码,解决了交叉敏感问题。通过MATLAB仿真验证,与传统的利用波长编码(该波长对温度和应力均敏感)的方法相比,本文提出的方法仅须使用一根光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)便可实现温度和应力的同步测量,不仅结构简单,而且操作便捷。

基于锥形光纤的马赫–曾德尔干涉传感器用于温度和折射率同时测量

本文提出了一种基于锥形光纤的MZI LPFG传感器用于同时测量温度和折射率。该结构是将一段锥形光纤两端各熔接一段无芯光纤(no-core fiber, NCF),构成马赫–曾德尔(Mach-Zehnder interference, MZI)结构来测量外界温度和折射率,其中两端的无芯光纤来充当分束器和耦合器,再利用长周期光纤光栅(Long period fiber grating, LPFG)进行温度补偿。通过MZI和LPFG的测量结果来建立灵敏度矩阵,用以同时测量温度和折射率的变化。整体结构为“单模光纤–无芯光纤–锥形光纤–无芯光纤–单模光纤–长周期光纤光栅–单模光纤”。其中MZI结构的温度灵敏度为51.4 pm/℃,折射率灵敏度为−140.7 nm/RIU;长周期光纤光栅的温度灵敏度为254 pm/℃。

基于PVA/Fe_(3)O_(4)水凝胶的锥形光纤磁传感

为了研究磁性水凝胶的磁致折射率变化及其在磁致光传感领域的应用,通过共混法制备了聚乙烯醇/四氧化三铁(PVA/Fe_(3)O_(4))磁性水凝胶,并基于光纤端面反射法测试了该磁性水凝胶在不同外加磁场下的折射率变化,测得其磁致光折射率变化规律。在此基础上设计了磁性水凝胶锥形光纤传感结构。实验表明,在环境温度22℃,磁粒子浓度2.1%时,6.4~22.6 mT范围内基于磁性水凝胶的光纤磁场传感元件波长偏移灵敏度为86.42 pm/mT;磁粒子浓度2.9%时,5.5~30 mT范围内该传感元件波长偏移灵敏度为51.42 pm/mT。该类磁性水凝胶在光纤磁传感测量方面具有良好的应用价值。

锥形光纤中光波传输特性的蒙特卡罗模拟

为了分析锥形光纤中光子流的传输特性和空间分布特性,采用了蒙特卡罗算法对其进行了模拟仿真,得到了大量光子经过锥形光纤后的光子分布图·模拟实验结果表明,通过锥形光纤的大量光子集中在探测器中心,到达探测器某一位置的光子数随着该位置到探测器中心距离的增加而减少,并且在锥形光纤锥度比一定的条件下,改变锥形光纤长度,光强度随着长度的增加而下降,但通过锥形光纤的光子分布是一样的·这些研究结果对锥形光纤的设计和实际应用提供了重要依据·

锥形光纤间的耦合特性

将通信光纤的末端拉制成锥形 ,利用光信号在光纤锥形区特有的传输和耦合特性 ,实现了光纤的耦合、连接和分束 用耦合模理论分析了锥形光纤间的传输和耦合性质 。

直锥形光纤传输性质的研究

光纤通信的发展日新月异,光纤在信息的传输方面起着越来越重要的作用。通过把传输光纤的一端拉制成锥形,研究了光信号在锥形光纤中的传播行为。根据标量波动方程,运用高斯近似法,从理论上说明了光信号在锥形光纤中的传输特性和能量损耗,分析了光功率在光纤中的分布、光纤中基模场的模半径与光纤芯径的关系、光纤中光的传输模式与光纤芯径的关系、锥形光纤的传输效率与锥形光纤尖端直径的关系等。在实验上,用剪断法测量了锥形光纤的传输效率随锥形光纤圆锥角的变化关系。通过选取一系列锥角的大小,测出相应的传输效率,作出传输效率曲线;并用具体数据进行半定量计算,得出锥形光纤顶端锥体的角度及其变化愈大愈光滑,锥形过渡区越短,传输效率就越高的结论。

微球与锥形光纤耦合系统的光学特性

本文在探索具有固有损耗的微球与锥形光纤耦合系统的光学特性的基础上 ,提出和研究了在微球中具有增益介质或非线性介质的耦合系统 ,推导了解析表达式 ,并且系统地分析了耦合系统的参数对各种特性和应用的影响 。

锥形光纤的连接与分束

采用熔拉法获得锥形光纤。提出了锥形传输与耦合光纤(一或多根)在锥形部分(发光区)互相耦合,从而形成光纤连接分束系统的设计方案。对锥形光纤的传输与耦合特性进行了分析,同时从实验上进行了测定。综合考虑了输出光纤形状,耦合光纤形状,以及其相对位置对锥形光纤的连接与分束耦合性能的影响。理论和实验均表明锥形光纤的锥角度在3°到12°,轴线间夹角尽量小,锥尖重叠区约为十几微米时连接分束系统的匹配最佳。

多模锥形光纤耦合与出光特性的研究

从理论和实验两方面研究了多模锥形光纤锥端的特性。用射线理论分析了不同锥角大小条件下锥端光线传输特性,推导出了锥角大小与锥端孔径角及出光发散角的关系。按照理论指导制备了不同锥角的银行光纤,通过激光二极管与锥形光纤耦合等实验验证了理论的正确性。

锥形光纤的偏振特性

随着光通信技术的不断发展,光纤的应用越来越广泛,而锥形光纤以其独特的传光方式越来越多地应用于光纤连接、成像及测量等领域。实验测定了不同锥角和不同长度锥形光纤的偏振特性。理论上,根据麦克斯韦方程组以及边界条件给出了光在理想光纤中的场分布,阐明了实际光纤中光的传输特性。论证了锥形光纤长度与其偏振特性的关系,进而利用几何光学方法对锥形光纤锥角与其偏振特性的关系作了定性说明。并用具体数据进行了定量计算,得出偏振光经锥形光纤传输或耦合后再传输到其终端所得到均是椭圆偏振光的结论。

1550nm单模锥形光纤模场的演化特性

根据光纤模式传输理论,结合单模锥形光纤的结构,使用有限差分光束传播法(FD-BPM)仿真了1 550nm波长下光纤模式的传输,分析包层内模场和纤芯内模场之间的相互影响。仿真结果表明:因为包层模的存在,随着包层内模式数的减少和纤芯对模场约束状态的变化,锥形光纤纤芯内不同区域模场分布变化明显,模场的均方根宽度在不同区域有不同程度的起伏。通过数值计算得到了光纤内模场能量的分布,发现因为包层模的存在,纤芯内模场能量减小速度比没有包层模时的速度要慢。

微米级锥形光纤的近场光镊

分别从理论和实验上分析了光纤表面倏逝场强度的分布(z=10nm,100nm,500nm,1 000nm),研究了微米级光纤光镊对微球的操纵。实验中把直径为125μm的普通单模光纤拉制成锥腰直径为2μm的锥形光纤。当光纤通光时,在光纤锥区倏逝场的作用下,直径3μm的聚苯乙烯微球保持平衡状态,并且光纤附近的微球被吸引到光纤表面,以5.3μm/s的速度沿着光束的传播方向运动。这个实验不仅实现了对微球的成功捕获,而且验证了光纤光镊的力学作用。光纤光镊对微球的无接触、无损伤操纵,将在生物传感领域有潜在的应用。

锥形光纤的结构与特性

通过理论分析和仿真试验,研究了锥形光纤的几何形状对锥形光纤的传输损耗和耦合效率的影响。用几何光学的分析方法,说明了光信号在锥形光纤中的传输损耗远低于同类型的圆柱形光纤;仿真试验研究了光源与光纤的相对位置、锥形光纤的尖端半径、锥形光纤的锥角大小对锥形光纤耦合效率的影响。

基于倏逝波的锥形光纤马赫-曾德尔湿度传感器

提出了一种基于倏逝波原理的光纤马赫-曾德尔湿度传感器,传感器是在2个单模光纤粗锥的传感臂中心通过绝热火焰熔融拉锥处理而成。光由传感器输入端传入,经过第1个粗锥时,将激发出若干高阶模,各模式光传输经过细锥区进入第2个粗锥时被耦合进入传感器输出端。当外界湿度变化时,细锥区倏逝场随之变化,最终导致透射谱能量变化。通过测量透射谱能量变化,可以实现环境湿度传感测量。实验结果表明,在35%~85%RH的湿度变化范围内,透射谱的能量具有相同变化趋势,处于水蒸气吸收峰附近的干涉谷湿度响应灵敏度可达0.157dBm/%RH,温度交叉灵敏度仅为0.014%RH/℃。该传感器因其制作简单、灵敏度高,温度交叉敏感小等特点,具有很好的应用前景。

相位匹配下锥形光纤激发出的回廊模谐振

分别计算不同直径下锥形光纤基模和玻璃微球谐振腔内最低阶径向回廊模的传播常量,利用相位匹配条件,作出了锥形光纤与石英玻璃微球腔的直径对应关系曲线.在此基础上,选择锥腰直径2.8μm左右的低损耗锥形光纤与直径143.1μm球形度很好的玻璃微球腔进行近场耦合以激发球内的最低阶径向回廊模谐振,在锥形光纤的两端进行通光测试,在输出端获得了等间距分布的窄线宽滤波谱线,其吸收峰位置与利用Mie理论计算的球内最低阶径向回廊模谐振峰位置相一致.

锥形光纤耦合特性仿真研究

针对目前加热拉锥法存在的不均匀加热问题,提出一种基于CO2激光器的环形均匀热源的锥形光纤加工方法,并设计了装置。用ZEMAX软件对光源与锥形光纤间耦合效率进行了仿真。仿真结果表明:锥形光纤可明显提高耦合效率。

圆锥形光纤能量传输特性的研究

基于电磁场波动理论,对纳米尺度的圆锥形光纤的特征方程进行了求解。通过该理论计算以及利用COMSOL Multiphysics进行模拟,得出了锥形光纤圆柱形部分电场和能量的分布与波长的关系,在截止波长以内能量以基模形式在光纤中传输,而随着波长的增大,能量由纤芯向包层溢出越来越明显。对于光纤的圆锥体部分则得出了在波长一定的情况下,其锥长变化对光纤中能量传输的影响,并得到了在同一锥长下不同截面处的能量分布。

锥形光纤装置研究(英文)

基于锥形光纤制造过程的复杂性及其传像束的传输性能,利用微机与步进电机相结合,同时控制常用的双坩埚光纤拉丝机出丝管口的直径大小和鼓轮转速快慢,实现了数控拉制1m长锥形光纤的新方法,并且集束制作出了两种两端不同半径比的锥形光纤传像束.与常用的增大鼓轮体积的方法相比,该装置具有体积小,便于操作,两端半径比可自由控制,断丝率低等特点.分析了这两种锥形光纤传像束的模式损耗。

基于SPR的双锥形光纤折射率传感特性研究

利用液体折射率与表面等离子共振技术（SPR）,研究了光纤传感器在液体中透射光功率的变化,提出了一种液体折射率光纤传感器。该传感器采用3 d B耦合器进行分光,利用输出波长范围为1 530-1 580 nm的ASE作为光源,以熔融拉锥光纤作为传感单元。利用该光纤传感器,对Na Cl溶液浓度与透射光功率之间关系的进行了实验研究。研究结果表明传感器外部介质折射率越高,光的传输损耗越大。而且在锥区外部镀膜,能够有效地提高传感器的灵敏度。

锥形光纤间耦合特性的分析与检测

将通信光纤的末端拉制成锥形,利用光信号在光纤锥形区特有的传输和耦合特性,实现了光纤的耦合、连接和分束。用耦合模理论分析了锥形光纤间的传输和耦合性质,给出了光信号两锥形光纤间的耦合与两锥形光纤的距离和锥形区重叠长度等实验结果。