飞秒激光刻写的10 kW级啁啾倾斜光纤布拉格光栅

啁啾倾斜光纤布拉格光栅(CTFBG)是高功率光纤激光系统中抑制受激拉曼散射(SRS)的关键器件。使用飞秒激光在50μm/400μm光纤上研制了可承受10 kW激光功率的CTFBG。CTFBG插入损耗为0.03 dB,制冷后的功率温升系数仅为2.4℃/kW,验证了飞秒激光刻写的CTFBG具有优异的功率承受能力。

基于倾斜光纤布拉格光栅的乙醇汽油中乙醇含量检测

为替代现有加油站人工测量乙醇含量方式和提高站端油品质量检测效率,基于倾斜光纤布拉格光栅(TFBG)对外界折射率的敏感特性,使其能够反映出乙醇含量不同导致的乙醇汽油折射率变化,提出一种对乙醇汽油中乙醇含量进行现场实时检测的新方法。利用耦合模理论对TFBG的光谱特点进行了分析,并探究了TFBG在乙醇汽油中乙醇含量检测过程中的传感特性。实验结果表明,所提方法在乙醇含量为8.3%~14.3%的乙醇汽油检测中的灵敏度为6.5 nm/RIU(RIU为折射率单位),线性拟合度为0.949。通过波长解调方法对E10乙醇汽油样品进行传感器的检测精度验证,乙醇体积分数的检测值为10.2%,相对误差为2%,验证了TFBG用于乙醇汽油中乙醇含量检测的可行性。

基于倾斜布拉格光纤光栅的高灵敏度折射率传感器

制备了不同倾斜角度的倾斜布拉格光纤光栅,用于测量周围环境的折射率.当环境折射率增加时,高阶包层模谐振峰会逐渐消失,即将逐渐消失的高阶包层模谐振峰的波长会随环境折射率的增大而线性增大.测得的折射率灵敏度在500 nm/RIU以上.通过选择适当的倾斜角度,制得的光纤传感器可以满足不同范围的折射率测量.

氧化石墨烯修饰倾斜光纤光栅10^(-12)级重金属离子传感

设计了一种氧化石墨烯(GO)功能化的倾斜光纤光栅(TFBG)传感器,用于检测水溶液中的重金属离子.通过氧等离子体活化光纤表面,以及采用GO的无水乙醇分散液,避免了咖啡环效应引起的GO的团聚和堆叠,充分了暴露GO的表面和羧基.吸附重金属离子后,GO-TFBG传感器的透射光谱中的谐振峰发生红移,这是由GO向重金属离子的电子转移导致的有效折射率变化造成的.对Pb^(2+)和Cd^(2+)离子最低检测限可达到10^(-10)mol/L(ng/L量级),相应灵敏度分别为0.426 dB/(nmol·L^(–1))和0.385 dB/(nmol·L^(–1))(2.06和3.43 dB/(μg·L^(–1))).此外,GO-TFBG传感器具有出色的器件一致性,5组传感器的传感性能稳定.本研究实现了GO纳米片在光纤表面的无团聚和均匀成膜,获得了具有超大表面积的GO并充分暴露表面羧基实现对重金属离子的吸附,利用了TFBG不同模式谐振对环境的高度敏感性,完成了对低浓度重金属离子的高灵敏度、可重复检测.本研究为提高各种类型的基于二维材料的传感器性能提供了参考.

基于飞秒激光制备的啁啾倾斜布拉格光纤光栅

啁啾倾斜布拉格光纤光栅(CTFBG)在高功率光纤激光器的受激拉曼散射(SRS)抑制中有重要的应用。利用飞秒激光在纤芯/包层直径为20/400μm的大模场面积双包层光纤(LMA-DCF)中刻写出不同角度的CTFBG,其最大滤除深度约为15 dB,最大滤除宽度约为8.9 nm。飞秒激光刻写CTFBG可以显著缩短制备周期,对推动CTFBG的研制与发展具有重要意义。

利用倾斜光纤光栅的可开关双波长光纤激光器

报导了一种在四波混频作用下利用倾斜光纤布拉格光栅进行波长选择的可开关双波长掺铒光纤激光器。通过将倾斜光纤光栅与单模光纤进行横向错位焊接,使光栅的反向LP01和LP11两个模式具有相近的有效反射率,从而可以用来进行激光器的双波长选择。接入腔内的一段高非线性光子晶体光纤引入的四波混频效应克服了模式竞争,使得双波长激光在室温下稳定振荡。腔内起偏器和偏振控制器的联合作用可产生依赖于波长的损耗,以补偿光纤光栅两反射峰峰值的大小差异。基于以上原理,通过调节腔内的偏振态,该激光器实现了室温下稳定的双波长输出,也实现了在两波长之间的转换。两波长激光均有超过45 dB的信噪比,最大的功率波动为0.8

基于倾斜FBG的光纤受激布里渊散射抑制

当前窄线宽光纤激光器的输出功率已经达到数千瓦,但是受激布里渊散射(SBS)仍然是制约其功率提升和系统稳定性的主要因素。基于倾斜光纤Bragg光栅(TFBG)对SBS产生的后向斯托克斯(Stokes)光的滤波作用,实验验证了TFBG对SBS的抑制作用。将经优化设计并制备的倾斜光纤光栅置于单模光纤放大器和一段长150 m的单模传能光纤之间,发现后向传输的Stokes光的滤除率接近10 dB,同时观测到了明显的SBS阈值提升,阈值约为不加TFBG时的1.25倍,前向输出的信号功率提升了约20%。该研究对于高功率窄线宽全光纤激光器的功率提升具有积极的作用,同时在光纤通信和光纤传感中也有潜在的应用价值。

薄膜调控光纤模式转换与偏振控制方法研究

基于平板波导近似模型构建了光纤基底圆环薄膜波导的模式方程,得到离散分布的薄膜波导模式,进一步结合全矢量模式理论,获得了光纤模式转换的新理解。按照从高阶至低阶(而不是广泛认知的从低阶至高阶)的模式顺序,具有一定厚度的圆环薄膜波导引起光纤包层模转变为相位匹配的薄膜包层模,继续增大圆环薄膜波导厚度,会破坏相位匹配条件而使该薄膜包层模再次转变为相邻的低阶光纤包层模,并依此形成周期的模式转换过程。最后,通过氧化铟锡镀膜倾斜布拉格光纤光栅的光谱变化验证上述机理,分析发现了正交偏振薄膜波导模(P和S偏振态)的同周期但非同步的激发过程及其对光纤偏振的周期调控规律,理论分析与前期实验结果一致。研究结果为光纤矢量参数传感(振动、扭转、压力、声场等)、光纤生物传感(体折射率与面折射率区分测量)及光通信偏振滤波等研究提供新思路。