基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术

分析和仿真了含两段保偏光纤的光纤Sagnac干涉仪输出光谱特性,获得消除两段双折射光纤交叉敏感的条件。提出了一种基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术。采用实心保偏光子晶体光纤作为传感光纤,搭建了基于双段保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的侧向压力传感系统,分别进行侧向压力测试及温度影响实验。实验结果表明,侧向压力灵敏度可以达到的0.287 7 nm/N,同时由温度变化引起的漂移量小于0.1 pm/℃。

保偏光子晶体光纤的近圆形模场分布特性

在光纤陀螺中,由于保偏光纤的性能易受环境的影响,制约了光纤陀螺稳定性和精度的进一步提高。保偏光子晶体光纤的研究为光纤陀螺解决环境适应性问题提供了新思路,针对保偏光子晶体光纤与传统光纤的模场匹配问题,采用有限元方法,对保偏光子晶体光纤的保偏性能和模场分布特性进行了分析与研究。通过分析不同空气孔尺寸对保偏光子晶体光纤性能的影响,得到其保偏性能与模场分布特性存在相互制约性。提出了一种改善保偏光子晶体光纤模场分布的方法,并通过仿真分析验证了这一方法的可行性,这为光纤陀螺用光子晶体光纤的发展提供了借鉴。

基于保偏光子晶体光纤的长尾式光纤环镜角度传感器

针对扭转角度的精确测量问题,提出一种基于保偏光子晶体光纤的长尾式光纤环镜角度传感器.采用对温度不敏感的保偏光子晶体光纤作为扭转角度的传感单元,当保偏光子晶体光纤被旋转一定角度时,其双折射值会发生改变,进而影响光在环镜系统内的干涉情况,最终表现为光谱仪上干涉谱的移动.理论推导出系统的传感规律后,实验测得该传感器在扭转角度为0°~101°的范围内,灵敏度为0.061 7 nm/（°）;若光谱仪分辨率为0.01 nm,则系统最小分辨力为0.16°,并具有超低的温度灵敏度-0.6 pm/℃.该角度传感器具有体积小、成本低、对温度不敏感及可用于远距离传输等优点.

高纯偏钨酸铵晶体制备的研究

以利用中和—纳滤—结晶集成过程制备高纯偏钨酸铵晶体为目的,研究了化学中和—纳滤耦合过程。利用仲钨酸铵(APT)为原料,系统地研究了温度、pH值、搅拌速度、膜压力等因素对过程的影响,得出了高纯偏钨酸铵(AMT)制备的合适工艺条件。

增强偏振态二维无序分布特性的光学晶体退偏器

针对光楔型退偏器输出光偏振态存在的条形带状分布问题,文中通过增加晶体斜面结构和光轴方向复杂组合,设计和制作了一种具有增强偏振态二维无序分布特性的光学晶体退偏器,增强了偏振态在二维通光平面内的无序分布。仿真和实验显示,出射光在通光平面内偏振态连续条形带状分布明显减弱,有效改善了退偏光的偏振态二维分布均匀性。晶体斜面结构和光轴方向的组合越复杂,偏振态二维分布将会越无序,退偏效果也越好。

基于保偏光子晶体光纤的高灵敏度曲率传感器

为了能高精度测量小曲率,采用单模-鼓包-保偏光子晶体光纤-多模-单模光纤组成的结构,其中多模光纤和单模光纤之间错位熔接。通过理论分析和实验验证得到在0.04582m^-1-0.054776m^-1及0.054776m^-1-0.06929m^-1曲率范围内,谐振波长漂移与曲率变化之间分别存在着线性关系。结果表明,该曲率传感器灵敏度值分别为93.95nm/m^-1和30.89nm/m^-1,可以应用于健康监测等需要测量小曲率的场合。

基于图像的保偏光子晶体光纤定轴技术研究

分析保偏光子晶体光纤定轴的精度并进行实验验证。误差计算表明,空气孔中心提取算法精度越高、定轴空气孔中心距越大,定轴误差越小。算法精度分析表明,空气孔中心提取算法精度达到亚像素,圆心横坐标误差小于0. 2个像素,采用快轴轴线上中心距最大的两个小空气孔定轴,定轴误差小于0. 15°。相机实时采集端面图像,定位空气孔中心后求出旋转角,利用电机细分驱动转动保偏光子晶体光纤。准确度实验说明定轴算法可靠,精密度实验说明定轴算法稳定,最后的定轴实验证明,定轴技术可行,且能达到±0. 2°的定轴精度,易于推广到其他光子晶体光纤定轴。

保偏光子晶体光纤图像特征孔中心提取算法

保偏光子晶体光纤快慢轴的检测是保偏光子晶体光纤应用的关键技术。针对保偏光子晶体光纤端面空气孔数量多、尺寸存在差异及噪声和伪边缘干扰圆心定位精度的问题,提出一种双峰均值二值化法粗定位和径向扫描三点法精定位相结合的方法。采用双峰均值二值化法实现空气孔重心的粗定位;利用大空气孔定方位,选取两个具有结构对称的空气孔区域,去除粗大误差点,径向扫描法确定边缘三点进行圆心精定位,并利用半径阈值减小误差。实验结果表明,该方法能有效分割光纤端面图像,圆心偏差小于0.2个像素,为光纤定轴打下必要的理论基础。

大功率半导体列阵激光器的偏振复用技术研究

根据大功率半导体激光器输出光束的偏振特性,基于偏振复用的原理,分别利用双折射晶体和偏振合束晶体对两只大功率半导体线列阵激光器进行了偏振合束研究。依据理论计算结果,生长了双折射晶体YVO4,并进行了特殊的光路系统设计,最终实现了偏振复用,功率效率达到66%;利用偏振合束,晶体功率效率为85%。最后,从各方面比较了两种方法的优缺点。

保偏光纤模场直径和数值孔径测试研究

基于光纤测量远场法原理测量光纤远场光强分布。通过改进远场法得到光纤的远场光强分布后,同时计算得到保偏光子晶体光纤的模场直径和数值孔径,使测量装置实现集成化和简便化。通过光束测试仪测量光纤的出射光强分布,光束测试仪测量的是光纤中心最大光强点的两个垂直方向上的光强分布。保偏光子晶体光纤的出射光斑是椭圆的,每个方向的模场直径、数值孔径分布并不相同。传统的测试方法不能解决这个问题。通过旋转光纤测量光纤各个方向上的光强分布,然后计算各个方向上的模场直径,最后通过拟合各个方向上的模场直径得到保偏光子晶体光纤椭圆形的模场分布。实验测得保偏光子晶体光纤椭圆光斑长短轴的模场直径分别为7.5μm和4.2μm,数值孔径分别为0.159和0.276。

保偏光纤双折射度压力敏感性分析

基于有限元法对不同外界压力作用下的两种典型保偏光纤——熊猫保偏光纤(PAND Apolarization-maintaining fiber,PANDAPMF)和保偏光子晶体光纤(Polarization-Maintaining Photonic Crystal Fiber,PM-PCF)的内部应力场分布与光学特性关系进行分析,求解保偏光纤有效折射率(Effective Refractive Index,ERI)和双折射度对外界压力及其作用形式的响应规律。研究结果显示在单向受力条件下,两种保偏光纤的双折射度变化率均可达到10^-6RIU/MPa;在环向均匀受力条件下,PM-PCF的双折射度变化率为10^-6RIU/MPa,远高于PANDAPMF的10^-11RIU/MPa量级,具有更高的敏感特性。为干涉型保偏光纤传感器的设计和优化提供了理论依据和参考数据,具有较好的工程应用价值。

基于保偏光子晶体光纤的Sagnac干涉温度与应变传感特性

提出一种基于Sagnac干涉原理的光纤传感器,并将其用于温度和应变的环境检测。实验中,选用乙醇溶液填充前后的保偏光子晶体光纤(PM-PCF)作为传感单元。首先,将未填充乙醇溶液的PM-PCF熔接到Sagnac干涉环路中,依靠PM-PCF基底材料的光热效应和光弹性效应,分别在26~50℃温度范围内和0~900μɛ应变范围内,实现了−1.72 nm/℃的温度传感灵敏度和35.35 pm/μɛ的应变灵敏度。然后,利用氮气加压装置,将乙醇溶液填充到PM-PCF包层空气孔内。这是利用功能材料的外场调谐作用来增强Sagnac干涉仪的传感性能。填充乙醇溶液后,该传感器的温度灵敏度达到−2.66 nm/℃,约为原始PM-PCF温度灵敏度的1.55倍。所提出的用于温度和应变测量的Sagnac干涉传感器结构较为简单,具有良好的迟滞性,对提升光纤传感灵敏度具有一定的借鉴意义。

零双折射温度敏感系数保偏光子晶体光纤研究

分析了影响保偏光子晶体光纤(PM-PCF)双折射温度敏感性的因素,利用有限元法仿真研究了热光效应和热膨胀效应对典型的实心结构PM-PCF双折射温度敏感系数的影响。结果表明在-150℃^+150℃的工作温度范围内,热光效应对双折射的影响可以忽略。得到了这种PM-PCF双折射温度敏感系数与相邻空气小孔圆心距离Λ的多项式模型,在Λ=5.24μm时,双折射的温度敏感系数为零。制作了5根不同Λ的PM-PCF样品,采用基于混合Sagnac干涉仪的测量技术分别测试了样品光纤双折射值随温度的变化,在Λ=5.16μm时,双折射的温度敏感系数为零,与仿真结果吻合。

基于模间干涉的保偏光子晶体光纤弯曲传感特性研究

提出了一种基于模间干涉原理的双空气孔保偏光子晶体光纤弯曲传感方法。采用有限差分光束传播法对保偏光子晶体光纤弯曲传输特性进行了仿真研究,给出了在弯曲调制时两个低阶偏振模干涉产生的双边瓣归一化光强与弯曲半径的关系,讨论了波长变化对弯曲传感灵敏度的影响,并对所设计的弯曲传感器进行了实验研究。研究结果表明：基于模间干涉技术的双空气孔光子晶体保偏光纤弯曲传感器在10~30 mm的弯曲半径范围内具有良好的线性度和检测精度。

实芯保偏光子晶体光纤散射测量与分析

实芯保偏光子晶体光纤在双折射、温度、抗辐照等方面具有独特的优势,非常适合于光纤陀螺应用,然而其损耗较大,影响着光子晶体光纤陀螺性能的提高,空气孔内壁表面粗糙度引起的散射是导致损耗的原因之一。针对实芯保偏光子晶体光纤散射损耗,建立了光纤散射模型,仿真计算散射损耗为0.179dB/km;搭建了全自动测试装置,测量灵敏度可达1pW,散射角测量范围可达15°～165°,光纤旋转角度分辨率可达1°,实现了三维散射球的测量,得到散射损耗为0.23dB/km,验证了理论仿真结果的可靠性。

基于碲酸盐玻璃的新型双芯光子晶体光纤偏振分束器

设计了一种基于碲酸盐玻璃的双芯光子晶体光纤(PCF)偏振分束器,采用全矢量有限元法和模式耦合基本理论以及全矢量光束传播法对其特性进行了研究,并与相同结构参数的石英玻璃双芯光子晶体光纤偏振分束器的特性进行了对比。结果表明,此种偏振分束器有更高的消光比和极低的耦合损耗,在工作波长为1.55μm,光纤长度为441μm时,两偏振光实现分离,两个纤芯在x、y方向偏振光的消光比分别达到-50.1dB和-53.6dB,消光比小于-20dB的带宽分别为34nm和36nm,耦合损耗仅为0.0009dB。

Liquid-liquid phase separation in highly undercooled Ni-Pb hypermonotectic alloys

Liquid-liquid phase separation in the undercooled Ni-20%Pb(mole fraction, the same below if not mentioned) hypermonotectic melts was investigated by the observation of the water-quenched structure and DTA analysis. The results indicate that the number of spherical cells in the water-quenched microstructure increases with dropping temperature, and the cells gather and grow up obviously. The spherical cell origins from L1 phase separated from homogeneous melt, and is the product of monotectic reaction. Both results of the water-quenched structures and DTA analysis prove that liquid phase separation still occurs in the highly undercooled Ni-Pb hypermonotectic alloy melts, and liquid phase separation in the immiscible gap can not be fully inhibited by high undercooling and rapid solidification.

保偏空芯带隙光子晶体光纤温度特性研究

提出了一种具有良好保偏(PM)特性的空芯带隙光子晶体光纤(PBF)结构,利用全矢量有限元方法(FEM)对光纤有效折射率、拍长及限制损耗特性受温度波动的影响进行了研究。研究结果表明,在1.55μm波长处,该PBF的双折射高达6.19×10-3,拍长不超过0.25 mm;PBF拍长对温度波动不敏感,拍长温度敏感系数低于2.86×10-8m/℃,比常规的熊猫保偏光纤低两个数量级;光纤损耗对温度波动较为敏感,两正交偏振态限制损耗会随温度提高而增大。这种具有极低拍长温度敏感系数的PM-PBF可以有效降低谐振式光纤陀螺(RFOG)中热致偏振不稳定带来的误差,在RFOG、光纤通讯、光纤传感等领域具有重要的应用价值。

菱形空气孔的单一偏振单模太赫兹光子晶体光纤

提出了一种新型的基于菱形空气孔的单一偏振单模太赫兹光子晶体光纤，通过改变光纤中引入缺陷的个数、尺寸以及所处位置，研究其对光纤单一偏振单模特性的影响。全文仿真建模采用全矢量有限元法，结果表明：当光纤中引入两缺陷时，随着缺陷尺寸的增加，单一偏振单模运行区域向高频方向移动，区域宽度稍有增加；当引入四缺陷时，靠近芯区的缺陷对单一偏振单模特性影响占主导；基于此，在芯区四周各引入尺寸相同的缺陷，对比四缺陷和两缺陷时的情况发现，四缺陷时单一偏振单模运行区域（1．07～1.36THz）向高频方向移动，且区域宽度（为0．29THz）增加明显，是两缺陷时的1．32倍。此类光纤可应用于某些对偏振态有非常严格要求的系统中，故具有实际意义。

基于MOSFET PDE模型的射频自治电路周期稳态算法研究

本文研究了基于MOSFETPDE模型的射频自治电路周期稳态求解算法 .采用该算法仿真典型的Colpitts振荡器电路 。