基于色散转折点处的高灵敏度锥形七芯光纤折射率传感器

基于色散转折点的锥形光纤折射率传感器由于依赖色散转折点(Dispersion Turning Point,DTP)的独有特性,可获得超高的传感灵敏度,在生物溶液检测和物质分析等领域展现了广阔的应用前景。提出了一种基于色散转折点处的锥形七芯光纤(Saven-core-fiber,SCF)液体折射率传感器,该传感器通过二次拉锥法制作而成,通过理论和实验证明,该传感器在色散转折点附近具有超高的折射率灵敏度,折射率在1.33附近区域时,折射率灵敏度的最大值为23262.30 nm·RIU^(-1);折射率在1.35附近区域时,折射率灵敏度的最大值为23658.23 nm·RIU^(-1),此外,该传感器具有良好的复现性,使其在微生物溶液检测和血浆检测等领域显示出巨大的潜力。

测井七芯电缆现场损坏解决方法探析

分析了测井电缆的发展现状及特点,总结了测井电缆芯保护措施,并针对测井七芯电缆中一根芯现场损坏、通断绝缘破坏的情况,提出了有效的解决方案。通过对电缆损坏原因的分析和损坏部位的定位,结合实际操作经验,提出了解决方案,并进行了现场实际验证。结果表明,该方法可以有效修复电缆传输信号,提高了现场测井作业的效率和安全性。

七芯光纤布拉格光栅温度传感特性研究

基于相位掩模技术在七芯光纤(SCF)中刻写了光纤光栅(FBGs),通过实验对七芯光纤光栅在常温和低温下的温度传感特性进行了研究。结果表明,在30℃~80℃的常温温度范围内,传感器的温度灵敏度为9.98pm/℃,线性度为0.99944。在-60℃~20℃的低温温度范围内,传感器的温度灵敏度为8.77pm/℃,线性度为0.99751。可以看出,七芯光纤光栅对于常温和低温都有比较稳定的响应特性,但是温度降低时,灵敏度降低,线性度变差。研究结果对基于光纤光栅的温度传感研究具有参考价值。

基于空间干涉成像的七芯光纤芯间群延时差测量

提出了基于空间干涉成像的多芯光纤芯间群延时差的测量方法。用CCD记录不同波长下的空间干涉图,利用干涉图中所有像素点的干涉信息构建三维空间干涉光谱,并通过光谱分析可得芯间群延时差。搭建了基于空间干涉成像的多芯光纤芯间群延时差测量实验装置,测量了沟槽辅助型弱耦合七芯光纤芯间群延时差。该方法的测量装置简单,测量精度可达10~(-4)ps/m,不仅可测量两芯间的延时差还可同时测量任意相邻的多个芯的芯间延时差。测量时使用三维调节台加CCD的组合使得待测纤芯的选择激发更加简单。此外,还研究了多芯光纤芯间延时差的弯曲依赖性,结果显示,随着弯曲半径的增大,多芯光纤芯间群延时差不断减小。

七芯光子晶体光纤温度传感器

为了深入探究七芯光子晶体光纤的传感特性,本利用有限元法研究七芯光子晶体对温度的传感特性,找到七芯光子晶体纤芯基模与包层高阶模的有效折射差与温度的关系,算出波谷波长与温度的变化关系,即理论灵敏度,并基于单模-七芯光子晶体-单模结构的马赫-曾德尔干涉结合水浴法进行温度传感实验检测。研究结果表明:七芯光子晶体光纤的理论灵敏值为-47.14 pm/℃,实验测出的灵敏度为-48.86 pm/℃。可以发现七芯光子晶体光纤对温度具有良好的线性传感特性,而且稳定性好、线性拟合度高、制作工艺简单,在海洋环境监测、生物制药和食品检测等领域具有良好的应用价值。

七芯光纤光束质量的研究

用COMSOL对七芯光纤的各个模场进行仿真,发现同相位超模的远场呈现准高斯分布,其发散角最小,具有最好的光束质量。并通过分析各个模式的光束质量因子M2和桶中功率PIB两个参数,再次证明同相位模式具有最好的光束质量。

基于七芯光纤的高温传感器优化与设计

设计了一种新型高温传感装置,将一段七芯光纤耦合在两段单模光纤之间,发射光进入到七芯光纤中,在透射光谱范围内产生周期性调制的超模干涉图案,其频谱偏移随温度变化而改变,实现了实时监测。该传感装置制造简单,实验证明在温度高达1000℃的环境下仍可稳定工作。

基于七芯光纤的M-Z双参数同时测量传感器

利用熔接机分别对单模光纤-七芯光纤-单模光纤进行纤芯错位熔接,制作了一种光纤Mach-Zehnder(M-Z)干涉型传感器。将一段长1cm的七芯光纤两端分别与SMF-28单模光纤错位熔接制得M-Z型干涉传感器。传感器最大条纹对比度为20dB。分别设计不同温度、不同应变对传感器的温度特性及应变特性进行分析研究。实验发现随着温度的增加,传感器的谐振波长发生红移,40~90℃温度范围内灵敏度和线性拟合度分别为39.3pm/℃和0.998 3;室温下随着应变由0增加到1 384με,传感器的谐振波功率下降,应变灵敏度和线性度分别为0.008 8dBm/με和0.990 3。实验结果表明,分别解调光谱的波长和光强都可实现温度和应变双参数同时测量。

七芯铠装电缆传输特性仿真模型研究

为经济有效地获取任意长度七芯铠装电缆的传输特性,基于多导体传输线理论对七芯铠装电缆的传输特性进行建模仿真分析。首先采用有限元方法计算模型参数即电缆单位长度分布参数,将趋肤效应和钢制铠装邻近效应的影响计算在内;然后以相似变化思想解模型方程即多导体传输线方程,获得电缆近端及远端传输特性曲线;最后以长度为3 km的七芯铠装电缆为例,将模型仿真结果与实测数据进行对比,证明模型的有效性。结果表明:外围缆芯的传输特性更加复杂多变且衰减剧烈;中间缆芯的传输特性衰减变化较平缓,更适合用于高速通信。

熔融七芯光纤球对称的Mach-Zehnder干涉传感特性

提出了一种基于七芯光纤和单模光纤熔球对称型Mach-Zehnder干涉传感器。单模光纤端面熔接制作直径180μm光纤球,将2个光纤球中间熔接一段七芯光纤,位于Mach-Zehnder干涉结构中间的七芯光纤长度为9 mm。传感器外界环境温度、曲率的改变都会使传感器的纤芯基模和包层模的光程差发生改变,从而引起传感器干涉谱发生变化,通过监测干涉谱可以实现对外界物理量的测量。通过建立的有限差分光束传播法仿真分析结果可知:光纤球结构增加了七芯光纤的光耦合效率,七芯光纤结构的干涉效应得到了有效改善。实验结果表明:当温度在20~95℃范围内变化时,传感器的温度灵敏度为58. 97 pm/℃,线性度为0. 996 22;曲率在0~1 m-1变化范围内,传感器的曲率灵敏度为2. 55 nm/m-1,线性度为0. 996 73。设计的传感器结构紧凑、制作工艺简单、可靠性高。

基于锥形七芯光纤的紧凑型超声波传感器

提出一种基于锥形七芯光纤的紧凑型光纤超声传感器,并进行了实验验证。该传感器由熔接在两根单模光纤之间的锥形七芯光纤制成,形成单模光纤—锥形七芯光纤—单模光纤的级联结构。由于单模光纤和七芯光纤的纤芯不匹配,容易激发高阶模式,被激发的多种模式的光波继续沿着七芯光纤传播,然后到达锥形区域。由于锥度直径的急剧减小,模式间发生干涉,传感器的灵敏度得到提高。制备了不同直径的锥形七芯光纤,并对其模间干涉和超声测量进行了对比分析。超声波在水中传播时,将周期性地改变周围液体的折射率,基于锥形光纤的倏逝场效应,调制锥形光纤中光波的传输。该超声波传感器具有制作简单、信噪比高、频率响应宽等特点。

基于七芯光纤的高灵敏度液位传感器

提出并研制了一种基于单模-花生-七芯-花生-单模光纤结构的液位传感器。该传感器采用光纤“花生结构”作为耦合器以提高单模光纤和七芯光纤的耦合效率,第一个光纤“花生结构”用以激发光纤包层模,第二个光纤“花生结构”将包层模与纤芯基模进行耦合而产生干涉。由于包层模与纤芯基模在七芯光纤中传输时存在相位差,所以当环境溶液的液位发生改变时,相位差也随之改变,从而导致透射光谱发生改变。本文对七芯光纤长度分别为24、28、32 mm的传感器进行了液位和温度响应特性的实验研究。实验结果表明,随着液位升高,传感器的透射光谱发生蓝移,三个传感器的水溶液液位灵敏度分别为-0.4069、-0.2739、-0.1653 nm/mm,其液位测量范围分别为24、28、32 mm。在35~90℃的水温变化范围内,传感器的透射光谱随着温度的上升发生红移,三个传感器的温度灵敏度分别为0.0885、0.0740、0.0879 nm/℃。实验表明该传感器具有灵敏度高、成本低、制作简单等特点,在石油化工等领域具有较好的应用前景。

基于七芯光纤的迈克尔逊干涉型光纤温度传感器

为了实现对环境温度的精确测量,提出了一种基于七芯光纤(seven-core fiber, SCF)的迈克尔逊干涉型温度传感器。该传感器由单模光纤(single mode fiber, SMF)和SCF熔锥构成,当光由SMF进入SCF时,由于光纤直径的急剧变小,在光纤细锥区域会激发出SCF中的高阶模,这些高阶模与纤芯基模经SCF端面反射后,再次回到细锥区域时发生干涉,并经由SMF输出。制作了不同长度SCF的传感器样品,并分别进行了温度传感实验研究。温度响应实验结果表明,在20—160℃温度范围内,长度为47 mm的传感器的温度灵敏度为0.127 4 nm/℃,拟合线性系数为0.998 3,温度测量分辨率为0.007 8℃,稳定性实验测得传感器的测量标准偏差为0.289 6℃。该温度传感器结构紧凑、易于制作、成本低廉、灵敏度高且测量范围大,在温度监测领域具有一定的应用潜力。

强耦合七芯光纤超模式布拉格光栅及其温度和应变响应特性研究

提出并实现了一种用于双参量同时测量的强耦合七芯光纤布拉格光栅(SCF-FBG)。在透射光谱中观察到2个布拉格谐振峰,对应SCF的类HE11和类HE12超模式反向谐振耦合。该传感器由SCF拼接在中心对齐的2个标准单模光纤构成,其透射谱中还包括由超模式间的马赫-曾德尔干涉产生的干涉条纹。分别测量了该器件对温度和应变的响应,结果表明:2个布拉格谐振峰的温度灵敏度分别为9.56 pm/℃和9.55 pm/℃,应变灵敏度分别为0.64 pm/με和0.584 pm/με。其中,干涉谷的温度灵敏度和应变灵敏度分别为11.8 pm/℃和−0.925 pm/με,因此该器件能够同时用于温度和应变的测量。

双包层七芯光子晶体光纤超连续谱的产生及模式分析

报道了一种双包层七芯光子晶体光纤，其零色散点在1036nm，在波长1060nm处非线性系数为2．43W^-1．km^-1采用中心波长为1060nm、脉冲宽度为160ps、重复频率为1MHz、光束质量M^2〈1．3、最大输出率为4．5W的增益开关皮秒脉冲全保偏光纤激光器抽运35m的七芯光子晶体光纤，得到最大输出功率为2．443W、谱宽范围500～1700nm的全光纤化超连续谱输出。实验所测的超连续谱输出远场与模拟的同相位超模远场分布非常吻合，故对高功率超连续谱产生具有参考价值。

七芯光子晶体光纤实现高功率白光超连续谱输出

多芯光子晶体光纤便于与抽运激光器的大模场直径输出尾纤进行低损耗的熔接，能够把高功率的抽运激光耦合进光子晶体光纤中。同时，多芯光子晶体光纤的光场分布直径比单芯光子晶体光纤大，尽管激发非线性效应所需的激光抽运功率会有所提升，但是其激光损伤阈值也随之提升，即能够承受更高功率的抽运激光。因而，多芯光子晶体光纤非常适合用于构建全光纤化的高功率超连续谱光源系统。

基于七芯光纤和少模光纤拼接结构的曲率传感测量

利用光纤在不同弯曲曲率下的不同形变,提出并验证了一种基于七芯光纤和少模光纤的新型光纤曲率传感器。分别制作了三种不同结构的传感器,利用快速傅里叶变换分析了它们的干涉模式,获得波长的传感灵敏度分别为6.33,30.83,15.96 nm/m,强度的传感灵敏度分别为8.57,25.65,1.96 dB/m。

选择性空气孔塌缩技术实现七芯光子晶体光纤低损耗熔接

多芯光子晶体光纤(MCPCF)是实现高功率超连续谱输出的一个重要研究方向,而如何解决多芯光子晶体光纤的低损耗熔接问题是实现全光纤化的关键。介绍了一种通过选择性空气孔塌缩技术实现七芯光子晶体光纤低损耗熔接的方法。数值模拟了处理前后七芯光子晶体光纤的模场特性以及对熔接损耗的影响。实验上对七芯光子晶体光纤进行了选择性空气孔塌缩处理,实现了和纤芯直径为15μm的双包层光纤的低损耗熔接,损耗值为0.22dB。

基于挤压技术的新型七芯超大数值孔径硫系玻璃光纤制备及其光学性能研究

基于挤压技术制备新型七芯光纤。首先通过蒸馏纯化工艺和传统熔融淬冷法制备了As2Se3和As2S3两种玻璃,采用改进的分离式挤压法制备了光纤预制棒,并结合聚合物层的高温涂覆保护获得了结构完整的新型七芯硫系玻璃光纤,该光纤的数值孔径分布范围高达1.20~1.45。采用截断法测试了该光纤的损耗,最低损耗约为1.9 dB/m@4.4μm,最后将飞秒激光结合光参量放大器(OPA)作为泵浦源测试了该光纤的非线性性能,在14 cm长的七芯光纤中获得了谱宽范围为1.5~12μm的超连续谱输出。结果表明,该七芯硫系光纤具有良好的非线性性能,在中红外光学领域具有重要的应用价值和研究意义。

七芯光纤拉锥的折射率传感性能研究

设计和展示了一种光纤嵌入式的高灵敏度折射率传感器。在七芯光纤两端熔接单模光纤组成三明治结构,使用氢气火焰对七芯光纤进行加热并拉伸,制备出具有独特微结构的七芯光纤同轴干涉仪。在拉锥过程中,随着光纤直径减小,光纤中纤芯直径、纤芯距等比例缩小。光纤表面产生消逝场的同时,不同纤芯之间也发生了明显的光学干涉。这种具有较强消逝场的光学干涉器件,展现出明显的环境折射率敏感特性。由实验结果可知,当其腰区直径为9μm时,在折射率1.426 4~1.427 8范围内折射率灵敏度达到9 194.6 nm/RIU。这种折射率传感器具有结构紧凑、制备简单、干涉条纹明显和敏感度高的优点,在生物及化学传感领域具有潜在的应用价值。