单模光纤磨抛型DWDM功率耦合器的设计分析

介绍了一种设计制作磨抛型单模光纤密集波分复用(DWDM)器的方法。依据磨抛型单模光纤功率耦合器的基本原理,导出设计这类耦合器的相关参数方程及绘出它们的关系曲线。对用小芯径单模光纤制作1.55μm和1.31μm光波长DWDM耦合器的技术参数作了具体计算和讨论。设计的DWDM耦合器能方便与掺饵光纤放大器(EDFA)等级联形成组件在光纤通信链路中使用。

侧边抛磨光纤抛磨表面粗糙程度分析

为探索利用侧边抛磨光纤(SPF)实现微探针型的“光纤上的实验室”,利用灰度共生矩阵(GLCM)纹理特征分析方法分析SPF抛磨表面粗糙程度;基于基尼系数和袋外样本(OOB)误差估计的随机森林(RF)特征重要性排序方法优选纹理特征子集,实现在SPF抛磨表面上精确识别不同粗糙程度的抛磨区域。实验表明,SPF抛磨表面平坦区域具有对比度均值、熵均值高,二阶矩均值、均匀性均值以及相关性均值低的纹理特征特点;基于纹理特征重要性排序方法,衡量了GLCM纹理特征各参数对SPF抛磨表面不同粗糙程度分类识别敏感的强弱,优选出由方差、二阶矩、熵、对比度构成的特征子集,结果表明,利用优选特征子集对SPF抛磨表面粗糙度进行RF分类验证实验,分类精度可达到95.65%。可为探索SPF传感器件中粗糙抛磨表面与环境材料的光耦合机制对传感器灵敏度的影响提供依据,为探索在SPF抛磨面上精确识别高传感灵敏度区域提供参考。

基于分布式偏振分析的侧边抛磨光纤液压传感

提出一种利用侧边抛磨光纤(SPF)作为传感介质的液压传感系统,通过侧边抛磨在普通单模光纤(SMF)中引入双折射并形成传感单元,传感单元的光纤双折射可随着液体深度的改变而改变,利用偏振分析光频域反射技术对光纤后向瑞利散射光进行检测,通过基于全Mueller矩阵的分布式偏振分析进行信号解调,实现高灵敏度和高空间分辨率的双折射测量,从而建立液压和光纤双折射的传感关系。研究结果表明:光纤的侧边抛磨深度与双折射呈线性关系;随着液压的增大,传感单元光纤双折射呈现出先下降后上升的趋势,在抛磨深度为40μm时,双折射下降和上升传感灵敏度分别为-1.34×10^(-8) RIU/kPa(RIU为折射率单位)和1.39×10^(-8) RIU/kPa。该技术可实现多点同时液压传感,也为分布式/准分布式液压光纤传感的实现提供了新思路。

侧边抛磨光纤中传输光功率变化的实验研究

针对轮式光纤侧边抛磨法制备的侧边抛磨光纤,研究了在侧边抛磨区覆盖不同折射率的材料时,侧边抛磨光纤传输光功率随覆盖材料折射率变化的特性.研究表明,侧边抛磨光纤中传输光功率会随抛磨区覆盖材料折射率的变化而改变.当覆盖材料的折射率小于1.4378时,光功率损耗近似为零;而当覆盖材料的折射率逐渐增大接近1.4521时,光功率损耗迅速增大至最大值.当覆盖材料的折射率由1.4532逐渐增大时,光功率损耗由最大值逐渐减小,最终维持在某个确定的值.侧边抛磨光纤并不是抛磨深度越深,损耗就越大.侧边抛磨光纤中传输的光功率存在波长相关损耗(WDL).实验结果与理论结论符合较好.

侧边抛磨光纤的光传输特性研究

基于有限差分光束传播法,对侧边抛磨光纤的光传输特性进行了模拟计算。给出了应用自行研制的侧边光纤抛磨机的侧边抛磨光纤的制作方法,并研究了几个影响侧边抛磨光纤光传输特性的参量。实验表明,侧边抛磨光纤的抛磨面与纤芯的剩余厚度d越小,光功率衰减越大,对涂敷材料的折射率变化的灵敏度越大。在抛磨区域浸在折射率约为1.495的折射率液体的情况下,当d<5μm时衰减明显增大。抛磨区长度越长,光功率衰减越大;抛磨表面越粗糙,光功率衰减也越大。

基于侧边抛磨光纤倏逝场的折射率传感特性

为了优化基于侧边抛磨光纤器件的性能,采用在线抛磨和测量的方法,实验研究了抛磨区长度和抛磨区剩余包层厚度对侧边抛磨光纤折射率传感特性的影响.研究发现,侧边抛磨光纤对材料折射率的传感特性依据灵敏度可以分为三个区域:1)折射率在1.300～1.450范围内,传感特性的灵敏度很低,但线性度很好;2)折射率在1.450～1.500范围内,具有灵敏的传感特性,但在这个范围内线性度较差;3)折射率液大于1.500以后,可以同时获得较好的灵敏度、线性度和稳定性.比较抛磨区长度分别为10mm和20mm的侧边抛磨光纤,20mm的抛磨区长度不会提高传感的灵敏度,却会增加器件的不稳定性.抛磨光纤剩余包层厚度对传感灵敏度和功率损耗有重要影响,可依据器件实际需要选择合适的剩余包层厚度.

侧边抛磨光纤波导传输特性的理论分析

在建立侧边抛磨光纤D型光纤边界条件的基础上,用三维有限差分光束传输法计算和分析了侧边抛磨光纤器件的光功率衰减随光纤的侧边抛磨长度、光纤侧边抛磨后剩余包层的厚度、以及填充聚合物材料折射率三个参量变化的特性·结果表明,侧边抛磨光纤器件的光功率衰减随着抛磨长度的增加而增大;当抛磨长度等于9mm时,光功率衰减随着剩余包层厚度的增大而单调递减.而当抛磨长度大于9mm时,剩余包层厚度小于3μm的范围内,光衰减随着剩余包层厚度的增加出现振荡;当聚合物折射率与纤芯折射率相同时,光功率衰减最大·

侧边抛磨光纤的光谱调制型表面等离子体共振传感研究

表面等离子体共振传感是基于光学消逝波与金属表面等离子体波共振的一种高灵敏度、快速、无标记的测量方式。光纤的表面等离子体共振传感具有在线测量、体积小、抗电磁干扰等优点。为提高折射率传感灵敏度，采用轮式侧边抛磨法抛磨掉多模光纤的全部包层和部分纤芯，并采用溅射法在光纤抛磨区先镀高折射率的铬层然后镀金膜，制作了侧边抛磨光纤表面等离子体共振传感器。研究结果表明：该传感器可实现液体折射率在1.333～1.431 RIU范围的测试，平均光谱灵敏度为4.11×103 nm · RIU -1，在1.417～1.431 RIU折射率范围内光谱灵敏度达1.09×104 nm · RIU -1，折射率测量范围和光谱灵敏度均优于已报道的结果。此外，该传感器具有良好的稳定性与重复性实验测试，最小分辨率约为3.6×10-5 RIU。该传感器光谱灵敏度高、检测范围大、尺寸小及良好的稳定性与重复性等优点，可被用于食品检测、环境监测、生物医学检测等相关领域。

基于侧边抛磨光纤的全光纤在线光功率监测器

应用侧边抛磨光纤的倏逝波原理,用光电探测器对光纤侧边抛磨区出射光能进行监测,根据理论和实验分析光纤侧边抛磨区出射光能分布,将具有特殊U型侧边抛磨形状和适当抛磨深度的侧边抛磨光纤与光电探测器精密微封装,制成基于侧边抛磨光纤的全光纤在线光功率监测器。测试表明:此全光纤在线光功率监测器对光纤传输的光功率响应特性好,监测器光电转换效率可达200 mA/W以上。测试了器件的插入损耗、波长相关损耗、波长相关光电转换效率和偏振相关损耗等。其波长相关损耗和偏振相关损耗分别为0.3 dB(1 520 nm～1 620 nm)和0.07 dB(1 310nm)。此器件具有对光纤纤芯无破坏、光路中无插入元件、可与光纤系统直接熔接等诸多优点。

磨抛工艺在高精度光纤延时调节中的应用研究

提出了一种利用磨抛工艺对光纤长度进行高精度调节的方法,设计了相关的加工工艺和测试方法,并通过实验验证了磨抛工艺对光纤长度和插入损耗的影响,得出了一组稳定控制光纤长度和端面质量的工艺参数。证明了通过磨抛工艺调节光纤延时的方法具有精度高、操作简单、重复性好等优点,具有较高的推广价值。

基于侧边抛磨光纤的表面布拉格光栅温度传感器

为了实现在侧边抛磨光纤(SPF)上制作布拉格光栅结构并提高器件设计灵活性,利用重铬酸盐明胶(DCG)作为光刻材料,提出一种新型的光纤表面布拉格光栅制作方法并对该器件温度传感特性进行研究。使用轮式抛磨系统制作SPF,并在SPF侧抛面上旋涂DCG,通过干涉光束曝光显影制作表面布拉格光栅。光谱测量表明:带有布拉格光栅的侧边抛磨光纤在1 480.2nm处有透射谷,在相应位置反射谱有明显反射峰,其调制幅度达到15.9dB,这是由于表面光栅的布拉格反射所致。温度传感实验表明,该布拉格反射峰的温度灵敏度为17.84pm/℃。这种器件已在光纤传感和光纤滤波器等方面获得应用。

侧边抛磨单模光纤表面等离子体传感器的设计和优化

光纤表面等离子体共振传感器具有体积小、抗电磁干扰,可以实现在线实时远距离检测的优点。为提高传感器的性能,建立了侧边抛磨光纤表面等离子体共振传感的物理模型,分别研究了侧边抛磨光纤的剩余厚度、银膜层的厚度对传感器的灵敏度、共振峰的深度和半高全宽等的影响。结果表明:光纤剩余厚度越小,表面等离子体共振现象越强;随银膜层的厚度增大,共振峰的宽度变宽,而传感器的灵敏度呈现非单调变化。通过综合表面等离子体共振传感器的折射率传感灵敏度和共振峰半高全宽,提出了质量因数作为传感器的优化指标,并最终得到最优化的设计方案为光纤剩余厚度为66.5μm,银膜的厚度为50nm,此时质量因数达到98.67。

基于侧边抛磨光纤传感器的便携式折射率检测仪

基于单模和多模侧边抛磨光纤对不同折射率液体的光敏性不同的原理,以MSP430F149微处理器为主控芯片,配合光源、光探测器、折射率检测模块和控制模块,设计开发了便携式折射率检测仪。实验数据表明,基于侧边抛磨光纤的折射率检测仪可以用于折射率的定量分析和定性判别分析;仪器的光功率标准差<5%,折射率标准差<0.02%。实现了基于侧边抛磨光纤的折射率检测仪的一体化、便携化、商品化。

侧边抛磨光纤泄漏光功率空间分布研究

侧边抛磨光纤技术发展迅速,越来越多的基于侧边抛磨光纤的光器件己用于实际。为了更好地优化制作此类器件,本文对侧边抛磨区泄漏光功率空间分布进行了理论与实验分析。本文利用多层平板光波导模型对光纤侧边抛磨区涂覆不同折射率材料时,侧边抛磨区泄漏光功率的轴向出射方向进行了模拟计算,并进行了泄漏光功率空间分布的实验测试。分析结果表明,在不影响纤芯中光功率传输条件下,将抛磨区置于空气中,同时将光电探测器垂直置于抛磨平面上方,则可实现高效率接收侧边抛磨区泄漏光功率。

基于侧边抛磨光纤的传感技术研究综述

随着光纤微加工技术的发展,侧边抛磨光纤(side polished fiber,SPF)在光纤传感器领域开辟了一个新纪元。在普通通信光纤的基础上,通过完全或者部分去除一段长度的光纤包层形成传输光场的“泄漏窗口”,利用光场与物质相互作用来激发、控制、探测光纤纤芯中的传输光场,从而制备了各种基于倏逝场的传感器。优化光纤的抛磨参数和导模特性是实现高性能光纤传感器的关键。侧边抛磨光纤具有可靠的机械性能和极小的插入损耗、偏振相关损耗,使其成为研究“光纤上实验室”的优质平台。本文综述了基于侧边抛磨光纤传感器的原理、分类、研究进展和应用领域。

带抛磨过渡区的侧边抛磨光纤波导传输特性分析

根据侧边抛磨光纤实验结果,建立了带抛磨过渡区侧边抛磨光纤的三维光学波导模型,用三维有限差分光束传输法计算和分析了侧边抛磨光纤的光传输特性。带抛磨过渡区光纤波导模型的计算结果与实验吻合较好,此模型较好地反映了在侧边抛磨光纤中的光功率传输特性。计算分析表明,侧边抛磨区的长度对侧边抛磨光纤光传输特性有影响,但在抛磨区长度小于一定数值时,传输损耗并不随抛磨区长度的增加而单调增加。侧边抛磨光纤中,传输光由于抛磨过渡区的存在,光功率的衰减随包层剩余厚度的变化关系不是单调的,存在多值现象。侧边抛磨区覆盖物折射率对光传输特性的影响较大,特别是对光衰减影响很大。侧边抛磨区覆盖物宽度和高度的变化也使光功率传输损耗呈振荡变化。

基于侧边抛磨光纤传感器的混合液晶薄膜光折变特性研究

利用侧边抛磨光纤(SPF)传感器抛磨区对外界折射率敏感的特性,研究了混合有偶氮苯(AZO)和手征材料(ZLI811)的液晶混合物薄膜在紫外光照射下产生的光折变效应。将液晶、AZO和ZLI811等3种材料的混合物涂覆在经过标定的SPF传感器的抛磨区上,制备成混合物薄膜。用UV光照射光敏薄膜导致SPF中传输光功率改变。实验表明:混合物薄膜在UV光照射下有光敏特性,会产生折射率变化,其折射率从1.474变到1.470。这表明此光敏薄膜材料是负光折变材料。这种光敏薄膜材料可应用于制作新型全光纤光控器件和传感器。

数字全息成像技术测量侧边抛磨光纤包层剩余厚度

测量侧边抛磨光纤(side-polished fiber,SPF)的包层剩余厚度对其应用有重要的指导意义,现今的测量方法均有所不足,现提出一种基于数字全息技术的测量方法。利用单模光纤纤芯折射率比包层折射率高的特点,基于数字全息成像技术,通过角谱传播法对二维全息图进行相位重构,并通过精确最小二乘法解相位包裹,得到侧边抛磨光纤的相位分布图。根据重构的相位分布图,进一步运用相关的边缘提取算法处理得到侧边抛磨光纤包层剩余厚度。实验测量结果与电子扫描电镜(SEM)测量结果相比,测量相对误差小于0.5%。这种测量方法是一种直接测量方法,减小了间接测量法中由于光纤不对称以及SPF轮廓边缘衍射所带来的测量误差,为侧边抛磨光纤包层剩余厚度的无损、在线测量提供了一种新的途径。同时,此方法还可应用于测量其他特种光纤,例如光子晶体光纤、微纳光纤等。

基于侧面抛磨锗芯光纤的折射率传感器

通过抛磨单模-多模-单模(Single mode-Multimode-Single mode,SMS)光纤结构,设计制作一种光纤折射率传感器。多模光纤选用的是纤芯直径为16μm的锗芯光纤,纤芯直径较小,使制作的传感器尺寸较小,从而在传感应用中具有较高的样品利用率。单模光纤纤芯直径为8.4μm,可确保抛磨至多模光纤纤芯附近时单模光纤的纤芯不被破坏。SMS被AB胶固定在玻璃槽内,使得侧面抛磨光纤具有很好的鲁棒性,可重复使用性。制备并侧面抛磨了锗芯光纤长度分别为0μm、23μm、70μm、690μm、2 mm的SMS光纤结构。对产生的传输光谱进行测量,发现前4个样品随着周围环境折射率的增加,谐振波长向长波长处偏移;而前3个样品的折射率测量灵敏度随着锗芯光纤长度的增加而提高。当锗芯光纤长度为70μm时,在1.333~1.367折射率区间内,灵敏度可以达到623.5 nm/RIU。然而,过长的锗芯光纤导致折射率测量灵敏度降低。当锗芯光纤长度为2 mm时,抛磨过程中激发产生了包层模,导致传输光谱复杂、不稳定,而且长波处产生了较大的插入损耗。

螺旋芯光纤SPR传感器制作方法及其传感特性

基于空间棱镜的表面等离子体共振(Surface plasmon resonance,SPR)传感系统可以通过改变入射角调节共振波长,但对于光纤SPR传感器实现这种调节方法很困难。因此,提出了一种基于侧面抛磨螺旋芯光纤(Helical-core fiber,HCF)的SPR传感器,HCF是通过扭转偏芯光纤而制成的。深入研究了包层回音廊模式(Whispering gallery modes,WGM)和纤芯基模两种SPR激发方法。结果显示,螺旋芯光纤SPR传感器的共振波长和灵敏度可通过改变HCF的螺距来有效的调节。螺距为1.40 mm的传感器在待测介质折射率为1.3330~1.3752时,平均灵敏度可以达5800 nm/RIU,使用更小螺距的HCF可进一步提高灵敏度。根据这些特性,可在同一根单芯HCF或者多芯HCF上使用不同螺距制备SPR传感阵列用于多参量测量,在化学和生化传感领域会有广泛应用。