基于双波混频干涉解调的光纤环形激光应变传感系统

本文提出一种基于半导体光放大器(SOA)光纤环形激光器的智能光纤动态应变传感系统,并采用自适应光折变双波混频技术对其进行解调,解调过程中无需对准静态应变和温度进行任何主动补偿。当FBG(Fiber Bragg Grating)传感器的反射光谱因动态应变而发生改变时,则激光输出的波长会相应移动,随后转换为相应的相移并由InP\:Fe光折变晶体双波混频干涉仪解调。实验结果表明,该传感系统能够测量50~464 kHz之间的动态应变且灵敏度高于0.5μεHz-1(ε为应变)。在InP\:Fe光折变晶体中同时对三个FBG传感器的动态应变进行解调,实验证实双波混频干涉仪的多路复用是切实可行的。

外加直流场下光折变半导体InP∶Fe的双波混频增益特性

提出以单缺陷双边带非线性载流子输运方程描述InP∶Fe中光折变动态光栅的写入过程,通过微扰法将非线性方程线性化,从而求得小调制干涉图样下空间电荷场的稳态解,并用耦合波方程建立空间电荷场与增益系数的关系。研究温度、泵浦光强、外加直流电场和入射角对增益系数的影响。结果表明,增益系数存在温度-光强共振,最佳泵浦光强强烈依赖于晶体工作温度;施加直流电场对增益系数有明显提升作用,在10 kV·cm^(-1)范围内增益随外加直流电场增加而线性增加;并且,在温度-光强共振条件下存在最佳入射角。在室温为298 K和外加电场为5 kV·cm^(-1)时,最佳泵浦光强为218 mW·cm^(-2),最佳入射角为5°。通过InP∶Fe双波混频实验研究泵浦光强、外加直流电场和入射角对增益系数的影响,实验结果表明,增益系数变化规律与理论预测一致,验证了单缺陷双边带模型的合理性,该研究为Ⅲ-Ⅴ族半导体光折变晶体的双波混频研究提供重要的参考价值。

外加直流电场对光折变晶体中双波混频增益系数的提升作用

大多数氧化物光折变晶体研究都没有考虑外加直流电场的影响。通过Kukhtarev材料方程得出施加直流电场时光折变晶体双波混频空间电荷场的材料方程,对比研究无外加电场和施加电场的情况下,归一化空间电荷场随归一化输入光强、归一化扩散场、中性施主与受主陷阱浓度比以及归一化外加直流电场的变化趋势;分析外加直流电场对增益系数的提升作用及其影响因素。结果表明:归一化扩散场较低时,施加直流电场可显著提升空间电荷场,有外加直流电场的空间电荷场明显高于无外加直流电场的空间电荷场。但是在归一化扩散场较高时,这种现象则不明显,此时空间电荷场受施加直流电场的影响较小;另外,当施加直流电场时,增益系数增加更多,并且在20-27 dBm/cm^(2)的最佳光强范围内达到饱和值。同时,最佳入射光强对应的峰值增益随着外加直流电场的增加而增大。所得结果可为光折变晶体双波混频的实际应用提供理论指导。

Intensity Dependence of Stationary Energy Transfer in Codirectional Photorefractive Two－wave Mixing

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Unified Form of Photorefractive Coupling－wave Equation in the Undepleted Pump Approximate and the Lossless Solution

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光频率调制法测量动态光栅瞬态反射谱特性

动态光栅的瞬态特性影响了单纵模掺铒光纤激光器的稳定性.提出一种利用铒离子瞬态效应,通过对写入光施加快速频率调制测量动态光栅瞬态反射谱的新方法.测量了线性结构动态光栅的瞬态反射谱,研究了注入光功率与端面反射率对动态光栅响应特性的影响.结果表明,3 m长的掺铒光纤形成的动态光栅半带宽为30 MHz,与稳态理论值符合较好.光栅瞬态反射率相对变化随注入光功率增加和端面反射率增加而减小,在小注入功率或低端面反射率时,最大的反射率相对变化值约为4%.光栅建立时间随注入光功率增加而减小,当注入光功率大于4倍饱和功率时,建立时间小于1 ms.使用双波混频过程可解释这一实验规律.

基于掺铒光纤中动态粒子数光栅的振动检测

根据动态粒子数光栅形成机理,设计了一种线性双波混频结构的光纤系统。系统中,1490nm波长分布式反馈(DFB)激光器光源发出的连续激光,通过环形器进入一根3m长掺铒光纤作为注入光,被与掺铒光纤另一端光学耦合的压电振动镜反射后形成反射光。掺铒光纤中注入光与后向传播的反射光干涉形成驻波场,通过空间烧孔效应沿光纤纵向形成动态粒子数光栅。压电振动镜对反射光波进行相位调制时,环形器反射端口输出的双波混频(TWM)信号可视作输出光波的强度调制。实验中通过此双波混频系统对压电换能器产生的机械振动进行检测,结果表明:光纤双波混频检测系统具有良好的动态响应特性,能够测量50Hz^10kHz的振动信号,采集到的输出信号频率与压电驱动信号频率很好地吻合。