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。

基于光纤芯远程交换技术的电力光网全流程智能运维评估

为提升光纤芯交换运维水平,针对光线芯远程交换技术以及运维智能评估进行了分析。首先对光纤芯远程交换方案进行了设计,提出了交换模块以及交换流程;其次对智能运维平台进行了设计,提出了系统架构、硬件结构以及平台的功能;最后对通信远程交换技术的应用进行了说明,提出了基于层次法和熵权法的评估分析方法。案例分析表明,所提方法能够结合主观权重和客观权重对光纤运行状态进行综合评价,具有较强的可操作性和良好的评价效果。

光纤芯交换机器人在变电站中的应用

光纤通信是变电站的重要组成部分,由于变电站之间的距离远,对光缆的抢修常常受分散的地理位置、繁琐的人工倒换等诸多因素影响,使得抢修时间长、效率低,严重影响了变电站对通信网络的要求。在变电站中引入光纤芯交换机器人,可实现对光纤通道及故障类型的实时监测和远程检测、瞬间倒换、智能路由备份等。实例证明,当光纤通道出现故障时,通过光纤芯交换机器人可以及时进行远程光路调整,大大缩减了故障抢修时间。

光纤芯远程交换系统在电力通信网中的应用

目前的光缆跳接、性能参数的测试都是由人工到现场操作,日常维护的工作量较大。光纤芯远程交换系统(OASS)是由伺服电机系统、通信系统及控制系统组成,系统实现了光缆配线检修的远程控制及光缆性能的监测指标分析等功能,提高了电力通信运维的自动化管理水平,在电力通信网光缆运维工作中发挥了积极的作用。

多芯激励下实际多芯光纤芯间串扰特性研究

基于耦合功率理论研究了多芯激励下实际多芯光纤的功率和串扰分布特性。根据简化后的七芯光纤功率耦合方程,推导了3种多芯激励情况下各纤芯的光信号功率和芯间串扰的解析表达式。仿真结果表明,经过长距离传输,各纤芯中的光功率会收敛到一个定值,达到动态平衡状态,并且其收敛距离随着弯曲半径的增大呈指数级减小,逐渐趋于一个定值。此外,为研究多芯激励和单芯激励的关系,推导了多个纤芯同时激励和分别激励下耦合纤芯的功率和串扰的解析表达式。研究表明,多个纤芯激励对耦合纤芯串扰的贡献是不相关的,多芯激励的串扰等同于单芯分别激励下串扰的线性叠加。

类抛物线形单孔悬挂芯光纤光镊设计与微粒操控

为提高光镊系统中光纤波导耦合度与微通道集成度,实现对微粒的多样操控,提出了一种类抛物线形单孔悬挂芯光纤光镊结构,从双光束聚焦光场机制出发,分析并建立了光镊探针尖端横向和轴向光阱力数学模型,通过出射光场分布仿真模型的计算,探究了类抛物线形悬挂芯光纤中空孔直径、微粒尺寸与纤芯功率等参量对出射光场和光阱力的影响。结合悬挂芯光纤流道的气压控制,利用CO_(2)激光熔融工艺制备了光纤光镊探针,建立了针对直径2、5、10μm的聚苯乙烯微粒操控实验。研究为单孔悬挂芯光纤应用于光纤光镊实现微粒操控乃至输运提供了技术基础,也为光纤光镊提高集成度与灵活性提供了新的思路。

多芯光纤荧光定量检测耦合系统设计

为提高多芯光纤荧光检测灵敏度,本文基于多芯光纤的空间传导理论模型,分析了多芯光纤的数量、激发光纤纤芯半径、接收光纤纤芯半径以及它们的数值孔径等对多芯光纤耦合效率的影响。针对提高耦合效率,设计和优化了耦合系统中非球面透镜的曲率半径和各面间距,基于分析设计优化的参数构建多芯光纤荧光定量检测系统,并对不同浓度梯度的罗丹明6G溶液进行定量测试,与多芯直接耦合对比,文章设计的多芯光纤耦合系统其激发光和发射光耦合效率由低于10%,提升了80.171%和95.314%,最低检测浓度低至2.08759551×10^(-9)nM/L,此浓度下荧光光强值较直接耦合提升了4.5倍。进一步验证了多芯光纤耦合系统射的可行性。说明通过增加光学耦合系统能有效提高光纤式荧光定量检测灵敏度及能够满足应用需求。

一种低串扰近零超平坦色散七芯光子晶体光纤的设计

设计了一种七芯低串扰近零超平坦色散液体填充光子晶体光纤,利用有限元法模拟计算了色散、芯间串扰和弯曲损耗等性能.数值模拟结果表明,该多芯光纤在实现近零宽带超平坦色散的同时,显著抑制了芯间串扰和弯曲损耗.在波长为1.38~1.74μm时,色散值介于0±0.5 ps/(km·nm)之间,且色散斜率介于0±0.02 ps/(km·nm^(2))之间.芯间串扰在C+L波段的最大值低于-84.09 dB/100 km,并且弯曲损耗值满足ITU-T建议的G.654光纤在125μm包层直径中对七芯光子晶体光纤的要求.

多芯超模光纤放大器增益均衡设计(内封底文章)

多芯超模光纤(MCSMF)的芯间距较小,多个芯子共同形成芯区支持多个超模传输,与普通单芯少模光纤相比,其具有较大的有效模场面积和较小的模式串扰,备受关注。MCSMF用于长距离传输时,与其相匹配的新型增益均衡放大器是实现信号中继并保持信号稳定传输的必要器件。文中提出了一种基于粒子群优化算法的19芯超模光纤增益均衡放大器,该光纤支持10个超模共同传输。通过粒子群算法分别优化各纤芯内掺铒浓度来降低不同超模的交叠积分因子,从而减小模式增益差(DMG)。结果表明,在包层泵浦条件下,最大DMG从1.33 dB (各纤芯均匀掺杂)降低至0.20 dB,在1 550 nm信号波长处10模式的平均增益为27.79 dB,且该放大器在整个C波段的增益平坦度低于1 dB。

CO_(2)激光退火不同外径锗芯光纤的扫描速度研究

对内径为41~43μm,外径约为188μm、251μm和270μm的锗芯光纤进行激光退火实验,研究CO_(2)激光沿光纤轴向扫描速度对锗芯拉曼峰频率和光传输损耗特性的影响。研究发现,激光扫描速度是决定退火后光纤特性的重要参数。对不同外径的光纤,达到最优退火效果的激光扫描速度不同,188μm、251μm和270μm外径的锗芯光纤分别为10 mm·s^(-1)、14 mm·s^(-1)和16 mm·s^(-1),光传输损耗分别为3.435 dB·cm^(-1)、2.147 dB·cm^(-1)和3.578 dB·cm^(-1)。使用COMSOL软件对退火过程中纤芯表面固定点的温度变化进行了模拟仿真研究,仿真结果显示激光退火过程中温度呈脉冲形变化。相同外径条件下,激光扫描速度提高,温度脉冲的峰值升高、谷值降低、单脉冲持续时间缩短;相同扫描速度条件下,光纤外径减小,温度脉冲峰值提高,谷值降低。

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。

弯曲多沟槽辅助六芯光纤的传输特性研究

设计了一种弯曲多沟槽辅助六芯光纤结构,多芯光纤中的每个纤芯由三层相同的低折射率沟槽包围,纤芯与每层沟槽之间存在一层包层。运用了光纤的耦合模式理论分析弯曲六芯光纤间的串扰与模场面积两个传输特性。结果显示,弯曲半径和沟槽分别对光纤的串扰和模场面积都有很大影响,添加沟槽后,纤芯之间的串扰明显下降,在不同弯曲半径下,纤芯间串扰的变化约有10 dB。同时不同层数沟槽下的模场面积变化约有150μm^(2)。

面向通感一体系统的耐弯三芯光纤

为了同时兼顾狭小空间下的光纤数据通信与环境感知,设计并制备了一种面向通感一体系统的耐弯三芯光纤。该光纤采用三角形纤芯排布和深掺氟折射率沟道结构,标准外径为125μm,优化了O波段(1260~1360 nm)的传输特性,具有与G.657.A1光纤相似的布里渊增益谱(BGS)分布。测试结果表明:在1310 nm波长处,芯层的平均损耗为0.58 dB/km,平均芯间串扰低于-50 dB/km;当最小弯曲半径R=10 mm且缠绕50圈时,光纤的弯曲损耗低于0.1 dB。

GH3128薄板搭接环芯组合光纤激光焊接焊缝形貌调控

航空发动机因内流道结构的入口端和出口端不同,其焊接问题是一大难题,如何在实际焊接中做到焊缝熔宽连续可控已成为研究热点。针对GH3128高温合金开展环芯组合光纤进行激光搭接焊研究,通过纯中心激光焊接得到了焊缝深度为1.5 mm的工艺参数,在此基础上通过环芯组合焊接得到了实际熔深为1.51~1.81 mm、熔宽为0.25~0.75 mm的焊缝,对环芯组合光纤激光器的中心光束和环形光束传播规律及焊缝形貌调控原因进行分析。分析发现,环形光束的加入有利于降低激光束照射到材料表面的温度梯度,从而影响焊缝成形,通过环芯组合的激光焊接可得熔深合理、熔宽连续调控的GH3128薄板搭接焊缝。

基于非相干光频域反射的多芯光纤网络链路缺陷智能检测

为了保证通信安全稳定、数据传输完整,提出了一种基于非相干光频域反射的多芯光纤网络链路缺陷智能检测。先构建多芯光纤网络数学模型,约束光纤节点映射和频谱分配,使频谱数量最少的同时占用的频隙数最大。然后利用分簇检测建立数据传输链路模型,得出通信传输函数,根据相关匹配滤波器调整链路,通过波特间隔均衡完成链路数据采集。最后运用非相干光频域反射步进频率调制产生的瑞利散射光波,结合傅里叶逆变换获得网络健康状况空间分布位置,实现多芯光纤网络链路缺陷智能检测。实验结果表明,所提方法能够准确检测出链路缺陷,对链路阻塞缺陷检测、链路平均故障风险检测率、链路频谱利用率缺陷检测误差分别小于0.4%、0.2%和0.5,且检测时长控制在1.5 s以内,可帮助网络及时恢复运行。

多芯光纤关键性熔接技术研究

利用长度为10 km的长距离传输七芯光纤模拟实际干路,对多芯光纤熔接技术进行了实验研究,并通过传输性能测试分析进行了熔接参数优化。实验结果表明:多芯光纤的熔接质量直接影响光纤传输损耗和串扰;熔接质量受光纤端面的处理质量、光纤重叠量、放电时间、电极间距等参数的综合影响。实验中通过程序控制多个熔接参数关联性优化,实现了典型值小于0.35 dB的低损耗七芯光纤熔接,且串扰小于-41 dB,可以更好地满足工程干路铺设的应用要求。

低损耗LC型多芯光纤连接器的优化设计

空分复用的多芯光纤被广泛应用于光互连中,多芯光纤连接器的性能将直接影响多芯光纤的应用。设计新型八芯LC型光纤连接器,运用仿真分析了纤芯间距、沟槽宽度、波长等参数对八芯光纤传输性能的影响规律,仿真结果验证了所设计的八芯光纤的可行性。通过实验优化制备工艺,使得制备的八芯光纤连接器达到了±0.1°范围内的旋转对准精度,并实现平均插入损耗为0.13 dB,回波损耗为56.08 dB,在经过多次重复性和互换性测试后,附加损耗小于0.2 dB,保持了光纤连接器性能的稳定,且与传统单模光纤连接器相比,具有较低的损耗以及更高的通信容量。

基于弱耦合多芯少模光纤光斑分析的扰动传感研究

提出了一种基于耦合多芯少模光纤(FM-MCF)光斑检测的光纤扰动传感器结构,并进行了实验验证。该传感器采用“单模光纤-多模光纤(MMF)-多芯少模光纤”的级联光纤结构,单模激光经过MMF进行光场发散后,FM-MCF中的7个芯子都能被照亮,因此在FM-MCF的末端可以用相机接收到具有7个子光斑的光斑图像。实验中在FM-MCF不同位置处施加扰动并同时采集光斑,之后基于神经网络对变化的光斑图样进行处理以实现扰动位置分类。基于FM-MCF芯内强耦合、芯间弱耦合的特性,利用该光纤结构以3 cm的空间分辨率实现了对15个扰动位置的99.46%的高精度分类,远高于仅采用MMF通过光斑检测进行扰动定位的结果。也测试了FM-MCF传感器同时检测扰动位置和强度的能力,识别分类准确率均接近100%。实验结果表明,所提出的传感器具有成本低、结构简单、易于解调和高精度的优点。

基于无芯光纤的“三明治”光纤在折射率传感应用中的参数优化研究

为了提高无芯光纤在折射率方面的灵敏度,并针对无芯光纤的结构参数优化尚不够深入的问题,提出了一种无芯光纤结构参数的优化方法,研究了单模-无芯-单模(SNCS)的“三明治”光纤在折射率(RI)传感中的灵敏度等性能指标.基于Rsoft光学仿真软件,利用光束传播法对SNCS光纤进行仿真研究,模拟了光场分布和输出透射谱特性.为了提高传感灵敏度,在保证透射谱不重叠的条件下,通过计算自成像周期和波长偏移量等指标,系统地优化了长度和直径等无芯光纤的结构参数.仿真结果表明,当无芯光纤长度为6.55 mm且直径为20μm时,RI在1.380~1.390内,SNCS光纤的灵敏度可达到2200.92 nm/RIU,也验证了所提出的无芯光纤结构参数优化方法的有效性,为基于无芯光纤用于高灵敏RI传感的“三明治”光纤的结构设计与应用提供了理论支撑.

应用于相干成像的一种螺旋多芯光纤设计

用于内窥成像的多芯光纤在弯曲条件下传输的光场相位容易出现复杂的随机扰动,为相干成像中的相位恢复带来极大挑战。本文提出了一种可以用于相干成像的螺旋多芯光纤设计,通过调控纤芯尺寸、纤芯间距和螺距来抑制弯曲等外界扰动对纤芯间群时延差和功率串扰的影响。本文建立了弯曲条件下螺旋多芯光纤纤芯光程的数学模型;根据变换光学基本原理,利用有限元仿真软件对螺旋多芯光纤的模式特性进行数值仿真计算。设计的螺旋多芯光纤具有20μm的芯间距和20π/m的扭转率,共有6层91个纤芯,不同层的纤芯尺寸不同。无弯曲时芯间群时延差小于6 fs/m;当弯曲半径大于5 cm时,芯间群时延差的变化小于32 fs/m,100 m长度上纤芯间串扰的仿真计算结果低于−550 dB。螺旋多芯光纤的芯间群时延差对弯曲不敏感,在相干成像中代替普通光纤束传递光场,有助于降低相干图像恢复方法的复杂度,可以广泛应用于光纤显微成像、超快激光成像等领域。