宽带单模空芯反谐振光纤结构设计及虚拟制备研究

从制备可行性出发,在六管嵌套空芯反谐振光纤(hollow-core anti-resonant fiber,HC-ARF)包层管外添加连接管,提出一种单模、宽带且弯曲特性好的新型HC-ARF,并基于所构建的虚拟制备模型完成制备。在对六管嵌套HC-ARF包层结构改进的基础上,建立起虚拟制备模型,完成制备工艺的优化探索,并讨论制备工艺参数的控制偏差对成纤工作特性的影响。所制光纤在1.40~1.65μm波长范围250 nm带宽内高阶模抑制比(high-order mode extinction ratio,HOMER)大于100,可保持单模传输,总损耗小于0.2 dB/km。最小损耗0.01 dB/km在1.50μm波长处且HOMER高达2626,弯曲半径不小于10 cm条件下损耗低于0.4 d B/km。制备分析结果表明,所提出的HC-ARF具有良好的宽带单模工作特性,并对制备工艺参数影响具有很好的鲁棒性。研究结果对于HC-ARF结构创新设计及制备技术发展,均具有重要的借鉴意义。

长距离空芯反谐振微结构光纤的制备研究

石英基空芯反谐振微结构光纤具有结构简单,高激光损伤阈值,带宽宽等显著优点。目前制备工艺是限制该光纤发展和应用的主要原因之一。常见报道中该种光纤的制备长度仅有几百米,为了提高制备效率,降低制备成本,增加单次制备长度,必须提高预制棒的尺寸,而较大尺寸的预制棒在制备和拉制时,对压力分区系统的制作和可靠性提出挑战。本文针对空芯反谐振微结构光纤的长距离制备工艺进行探索性研究,创新性提出全石英分区控压方式并进行低温拉制实验,采用一次拉制工艺成功实现单次制备长度为1.05 km的光纤,在波长3.5~5μm,实现损耗约10 dB/m。

具有高双折射特性的空芯反谐振光纤

为了解决现有提高光纤双折射率方法中光纤结构复杂、制造难度大的问题,设计了一种具有高双折射特性的空芯反谐振光纤。光纤的包层由包层环、4个半管及半管内嵌套的1对小圆组成。采用有限元法分析了光纤的结构参数对其双折射、传输损耗、限制损耗及吸收损耗的影响。仿真结果表明:改变半管直径对双折射的影响较小;通过调整光纤中水平方向与垂直方向半管的厚度差异,可以使光纤获得高双折射,在0.25 THz的宽频率范围内,双折射率大于1.5×10^(-4),同时保持传输损耗小于10 dB/m。

低损耗紫外空芯反谐振光纤的设计与研究

通过仿真模拟设计了一种低损耗紫外空芯反谐振光纤。首先,基于有限元法,建立了紫外空芯反谐振光纤的理论模型。其次,通过调整光纤反射层和空气填充比例等参数,并采用反谐振效应控制光的传播和反射,进一步优化了光纤的性能和损耗值。最后,采用有限元法对设计的紫外空芯反谐振光纤进行仿真计算,可得光纤在传输波长为375nm时取得最小传输损耗,为0.00326dB/m,对应的在弯曲半径为5cm时的弯曲损耗为0.00625dB/m,并具有高效率和稳定的模式输出。该研究为开展紫外空芯反谐振光纤的高性能仿真设计提供了重要的参考和指导,并为实际应用提供了更多可能性。

空芯反谐振光纤长距离通信的机遇与挑战

空芯反谐振光纤(HCARF)的科学研究取得了突破性进展,其有望突破现有传统光纤的一些固有本征限制。HCARF将光束缚在空气芯中,在传输及其应用上具有传统光纤不可比拟的优势,因此,HCARF成为当前光通信领域的研究热点。文章介绍了HCARF的导光机理,并分析了其在光纤通信系统中的容量优势,阐述了HCARF的发展机遇与面临的挑战,希望能够为我国下一代通信大容量超宽带长距离传输光纤提供一定的参考价值与借鉴。

空芯反谐振和光子带隙复合光纤的优化设计

空芯反谐振和光子带隙复合光纤是刚刚兴起的一种新型空芯微结构光纤。由于这种光纤可同时实现低损耗和单模传输的特点,所以可应用于光纤陀螺、光纤激光通信等领域。为了实现良好的单模性和低损耗,本文对此种光纤的基模和高阶模的限制和散射损耗进行了计算,通过优选光纤内包层气孔归一化内径d/D和内包层气孔壁厚度t,得到了当d/D=068,t=500nm时,在工作波长1500~1590nm范围,空芯反谐振和光子带隙复合光纤可实现良好的单模性和低损耗。

反谐振空芯光纤冷原子导引

利用852 nm导引光产生的偶极势阱将经激光冷却的87Rb冷原子团装载并导引进入反谐振空芯光纤中。提出了空芯光纤内原子系综的光学深度理论模型,利用该模型对光学深度透射谱进行拟合获得谐振光学深度。在此基础上利用飞行时间法估算空芯光纤内原子团的径向温度和原子数目等参数。系统性地实验研究了偶极势阱深度、原子团初始温度、原子团初始空间位置等条件对导引结果的影响,确定了空芯光纤导引冷原子团实验的参数优化方向,为基于空芯光纤的冷原子干涉仪技术奠定了基础。

紫外纯石英空芯微结构光纤的研究进展

介绍了国际上先进的研究机构在紫外石英空芯微结构光纤方面的研究进展,其中包括用空芯Kagome格子微结构光纤和包层只有一层空气孔的反谐振空芯微结构光纤实现紫外光的低损耗传输。迄今为止,国际上报道的最佳结果是输出光纤为单模时,从近红外到深紫外270nm波长范围内,损耗都在3d B/m左右。

变压器故障特征气体空芯反谐振光纤增强拉曼光谱检测

油中特征气体检测与分析是判断油浸式电力变压器早期潜伏性故障的有效方法之一。拉曼光谱技术具有利用单一波长的激光同时实现混合气体直接检测的独特优势。然而,拉曼信号弱导致气体检出限较高,无法满足变压器故障特征气体检测需求。鉴于此,该文开展变压器故障特征气体空芯反谐振光纤增强拉曼光谱检测研究,对H、CO、CO、CH、CH、CH、CH等气体的检出限分别达到了8、22、5、2、6、3、3μL/L;结合最小二乘法,建立各气体特征拉曼峰峰面积与其浓度间的定量分析模型,并对配置的气体样品进行检测与分析。研究表明,光纤增强拉曼光谱技术具有高选择性、低检出限、高准确性及重复性,为变压器故障特征气体拉曼光谱在线监测与变压器故障诊断奠定了基础。

一种红外波段低损耗空芯反谐振光纤的设计与研究

提出一种红外波段低损耗的空芯反谐振光纤,石英包层管为半圆半椭圆拼接结构,采用全矢量有限元法进行设计与研究。半椭圆管的半短长轴与半圆管的半径相等,将半圆管与半椭圆管进行拼接,改变半圆的半径以及半椭圆管的半长轴来改变靠近纤芯处的负曲率以及远离纤芯的正曲率,进而研究包层管的正负曲率对空芯反谐振光纤的损耗特性的影响,设计应用于1. 5~3. 0μm波段的低损耗空芯反谐振光纤。结果显示负曲率较小正曲率较大时限制损耗效果更好。当靠近纤芯处为圆形半管远离纤芯处为椭圆半管,圆形半径ry=25μm,椭圆的半长轴rx=65μm,半短长轴ry=25μm时,光纤最低限制损耗在波长2. 1μm处为8. 22×10^(-2)dB/km。

空芯微结构光纤陀螺性能提升分析与验证

空芯微结构光纤突破了传统光纤框架下由传输介质决定的难以解决的本征物理问题,可解放光纤陀螺应用中的材料限制,为光纤陀螺性能提升带来重要的驱动力。首先,在理论上定量分析了空芯微结构光纤对光纤陀螺诸多误差项的抑制程度,包括Shupe、Faraday、Kerr、偏振、和Rayleigh等误差;之后,构建了环圈长度300 m的空芯微结构光纤陀螺样机,在同等规格条件下与传统光纤陀螺开展了性能比对实验。实验结果表明,空芯微结构光纤陀螺温度特性相比传统光纤陀螺提升了2.5倍。理论和实验均证实空芯微结构光纤是光纤陀螺环境适应性根本性提升的有效技术途径。

351nm低损耗、低色散紫外纯石英反谐振空芯光纤的优化设计

紫外传输光纤广泛应用于医学治疗、精密微加工和制造、紫外光通信领域。随着空芯反谐振光纤技术的进步,研究人员对利用反谐振空芯光纤来实现紫外波段传输这一途径进行了研究。为了实现在351 nm波长低损耗和低色散,对常用的一层6孔反谐振空芯光纤的结构尺寸进行了优选。

超低损耗高双折射空芯反谐振太赫兹光子晶体光纤

本文提出了一种以环烯烃共聚物(Cyclic Olefin Copolymer,COC)为基底的超低损耗高双折射空芯反谐振太赫兹光子晶体光纤,该光纤的包层由两组(共六个)无节点嵌套管组成。采用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain method,FDTD)结合完美匹配层(Perfectly Matched Layer,PML)边界条件对其导波特性进行分析。仿真结果表明,在0.8~1.35 THz范围内,总传输损耗小于0.1 dB/m,双折射大于2.12×10^(-5),色散为±0.027 ps/THz/cm。在1.12 THz处,最低总传输损耗仅为0.543×10^(-2)dB/m,双折射值为2.06×10^(-4)。同时,分析了该光纤的弯曲性能,表明在y方向,当弯曲半径超过19 cm时,弯曲损耗小于0.1 dB/m,具有良好的弯曲性能。

基于空芯反谐振光纤的三芯结构宽带耦合器设计

提出一种基于三芯结构空芯反谐振光纤的太赫兹耦合器。采用有限元分析法对太赫兹光纤的模式特性进行分析,并基于耦合理论得到其耦合特性曲线。仿真结果表明,三芯结构模式具有比单芯结构更低的传输损耗,其耦合长度可通过改变纤芯间隔和隔离包层管的间隙进行调节。采用长度为223.2 mm的三芯结构空芯光纤可以实现插入损耗小于3.5 dB、带宽达到0.52 THz的宽带、均匀分束。

新型混合结构空芯保偏光纤

提出一种在近红外波段具有高保偏、低损耗、优良弯曲特性的新型混合结构空芯保偏光纤。在19 cell光子带隙空芯光纤纤芯内添加双层反谐振弧形薄壁,形成创新性混合结构,在保持带隙型空芯光纤优良弯曲特性的同时,通过降低其反谐振结构的对称性,增强保偏特性。数值分析结果表明,对于1550nm波长光,双折射值可高达1.36×10^(-3)对应两偏振基模限制损耗分别为1.24×10^(-5)dB/km,4.64×1O^(-4)dB/km;弯曲半径为5 mm时,两偏振基模的损耗均小于1O^(-2)dB/km。对制作容差所进行的分析结果表明,该空芯保偏光纤在弧形薄壁曲率小范围制备误差情况下能保持良好的传输及保偏特性。光子带隙与反谐振混合结构,将为小弯曲半径下高保偏、低损耗空芯光纤的结构创新探索提供新动力,其优良性能也会有力地推动空芯保偏光纤的应用发展。

CH_(4)裂解制备C_(2)H_(2)过程气体空芯光纤增强拉曼光谱检测研究

基于空芯反谐振光纤设计搭建了光纤增强拉曼光谱检测平台,实现了95%的激光耦合效率;提出CCD和小孔协同降噪方法,使信噪比提高约6倍;相比于未使用光纤时,信噪比提高约270倍。基于单一标准浓度气体分析,确定了用于气体定性的特征拉曼谱峰及标定模型并建立了过程气体定量分析模型,实现了CH_(4)裂解制备C_(2)H_(2)过程气体现场样本的同时检测分析,主要成分包含H_(2)、CO、CO_(2)、CH_(4)、C_(2)H_(2)、C2H6和C_(2)H_(4)。各气体同时最小检出限分别达到6.3、26.6、1.2、2.2、4.2、3.9、9.1μL/L∙bar,各气体含量分别为560588.51μL/L、230678.21μL/L、33107.65μL/L、56086.77μL/L、77945.56μL/L、1307.19μL/L、1823.55μL/L,各气体浓度与色谱仪标定值相符,检测误差低于4.95%。该方法为CH_(4)裂解制备C_(2)H_(2)控制提供了重要的途径。

红外硫系微结构光纤的研究进展

硫系微结构光纤结合了红外硫系玻璃和微结构光纤的优点,在红外指纹区内分子结构鉴别、痕量气体检测、深空探测、红外激光传输等领域具有重大应用价值.本文从结构分类、应用特点和制备技术三方面,对目前红外硫系微结构光纤的研究进展进行了逐一介绍,并对硫系微结构光纤的未来发展进行了展望.

保偏空芯光纤的研究进展

保偏光纤可以通过人为引入的高双折射,降低外界环境扰动引起的不可控双折射或偏振模色散给光纤传输带来的影响,在精密干涉传感、激光器系统、光通信等领域的应用中具有重要意义.相比传统实芯光纤受制于其纤芯高折射率材料的本征性缺陷,空芯光纤可以通过特定的微结构设计将光场限制在低折射率的空气纤芯中,具有低延迟、低色散、低非线性、高光致损伤阈值、抗干扰和可填充液体或气体的高灵活性等优势,因此保偏空芯光纤不仅能在上述应用领域发挥其性能的优势,还在高功率脉冲激光传输、生物化学分析等领域展现出广阔的应用前景.本文简要回顾了保偏空芯光纤的发展历程,对其中的设计思想和关键技术进行了讨论.

一种负曲率空芯光纤的设计与性质分析

针对光纤陀螺的应用,提出了一种双层反谐振负曲率空芯光纤。首先,利用时域有限差分法数值分析方法,建立光纤微结构模型,经优化设计取得了限制损耗0.063 dB/km且单模大模场的结构参数。同时,探索了保偏设计,通过调整内层两侧管环壁厚取得了在1 dB/km较低损耗量级上达到10^-5高双折射水平。最后,考察了光纤弯曲时弯曲半径与损耗的关系,为进一步优化设计奠定了基础。

基于反谐振空芯光纤的中红外TDLAS系统设计及应用实验研究

针对燃烧诊断在2~3μm波长的光谱测量需求,设计并搭建了基于反谐振空芯光纤的可调谐半导体吸收光谱(TDLAS)测量装置,开展了高温水汽在2.5μm波长吸收光谱的定标与测量研究。在2~5μm中红外波段,反谐振空芯光纤可实现低损、单模长距离传输,能够有效解决商用氟化物光纤多模干涉造成的TDLAS测量精度下降的问题。经所提TDLAS系统准直后光束的直径低至2.5 mm,发散角为0.004 rad,系统信噪比为31 dB,相比基于氟化物光纤的TDLAS系统,所提系统的性能得到了极大提升。进一步分析了反谐振空芯光纤中痕量水蒸气对于4029.52 cm^(-1)谱线测量的影响,并通过抽真空的方式降低其影响,从而提高了系统的测量精度。