多模-单模结构光纤表面等离子体共振传感实验

表面等离子体共振技术的应用日益广泛,但是由于其敏感单元制备复杂,尤其是光纤表面等离子体共振传感系统的传输效率较低,使得此类传感实验很难在本科教学中进行开展。本文提出了一种多模-单模结构光纤SPR传感实验,简化了敏感单元的结构,提高了传输效率。通过对水、丙酮、乙醇、异丙醇和正硅酸乙酯进行了实验测量,结果表明,该实验装置的平均灵敏度可以达到2902 nm/RIU,敏感单元制作简单,制作成功率高,非常适合于本科教学中采用。

单模-多模光纤产生系列Bottle beam

提出一种利用多模光纤的多模干涉效应在自由空间中获得多个局域空心光(Bottle beam)的新方法。单模-多模光纤结构是一段多模光纤无偏心地连接到一段单模光纤上,光由单模光纤传输到多模光纤激发产生一系列的LP0,n模,由于多模干涉效应在多模光纤中相互叠加,当入射到自由空间后形成了多个Bottle beam。文中对光束传输过程进行理论分析并利用Matlab进行仿真实验,结果表明在自由空间中可以获得系列Bottle beam。当多模光纤纤芯直径分别为45μm,60μm和90μm时所选择的光场段内的Bottle beam的尺寸大小基本相同(约400μm×20μm),而第一个空间暗域沿轴向两侧相对光强差值分别为0.62,0.41和0.11,可见当多模光纤的纤芯直径越大时所得到的Bottle beam暗域的轴向两侧光强越相近,因此也越有利于囚禁微粒。

多模光纤包层吸收特性对SMS光纤结构温度特性的影响

基于模式干涉原理,建立了分析多模光纤包层吸收系数随温度变化对单模-多模-单模(SMS)光纤结构透射光谱影响的理论模型,利用此模型进一步分析了多模光纤包层吸收特性对SMS光纤结构温度特性的影响规律.发现不同温度下,多模光纤包层的吸收特性变化仅对SMS光纤结构透射光谱的传输损耗有影响,并且随着多模光纤包层吸收系数随温度的变化率增大,传输损耗的变化增大;而不同温度下,多模光纤包层的吸收特性变化对SMS光纤结构透射光谱的特征谷位置没有影响.从而得到多模光纤包层吸收特性主要影响基于传输损耗变化解调的各类SMS光纤传感器的温度特性,而对基于特征波长变化解调的各类SMS光纤传感器的温度特性没有影响.

光纤布拉格光栅嵌入SMS光纤结构的湿度传感器

提出了一种基于光纤布拉格光栅嵌入单模-多模纤芯-单模(single-mode-multimode fiber core-single mode,SMS)光纤结构的湿度传感器。当环境湿度变化时,SMS光纤结构的干涉光谱会发生漂移,而光纤布拉格光栅对湿度不敏感,其纤芯基模保持不变。因此利用SMS光纤结构对环境湿度的敏感性去调制光纤布拉格光栅纤芯基模,通过检测光纤布拉格光栅纤芯基模的反射能量变化就可以实现湿度测量。数值模拟了SMS光纤结构的内部光场分布规律,理论计算了不同环境折射率时,多模纤芯的长度、直径对SMS光纤结构输出能量耦合系数的影响。理论模拟表明,随着环境折射率变化,SMS光纤结构中传输的纤芯基模的输出能量耦合系数会发生变化。同时制作了传感器样品并对其进行了传感实验研究,实验结果表明多模纤芯长35mm、纤芯直径为85μm的传感器在45%~95%RH湿度变化范围内,湿度灵敏度为0.06dBm·(%RH)^(-1)。在20~80℃温度范围内,传感器的温度灵敏度为0.008nm·℃^(-1),温度所带来的湿度测量误差为0.047%RH·℃^(-1)。传感器具有制作简单、灵敏度高、反射式能量检测等优点,在湿度测量领域有一定的应用价值。

多模光纤作可饱和吸收体的锁模光纤激光器

本文报道了一种新兴的锁模方式−多模干涉锁模。这种锁模方式结构简单,搭建方便。在单模光纤激光器中熔接二段短的渐变折射率多模光纤,利用这种单模−多模−单模(SMS)结构的模式干涉效应实现可饱和吸收机制,从而实现锁模脉冲输出。SMS结构实现锁模需要对多模光纤的长度进行精确控制,本文提出将SMS结构缠绕进偏振控制器中,通过理论推导偏振控制器对多模光纤中传输光相位的调控,以实现可饱和吸收效应。在263 mW泵浦功率下实现了24.83 MHz重复频率的传统孤子脉冲输出,其脉冲间隔为40.12 ns,信噪比为50.8 dB,中心波长为1881.7 nm。通过调节偏振控制器和泵浦功率实现孤子分子与传统孤子脉冲的转换。在410 mW的泵浦阈值下实现了25 MHz重复频率的孤子分子脉冲输出,其脉冲间隔为40.3 ns,信噪比为54.4 dB,中心波长为1887.60 nm。

单模-多模-单模光纤结构的温度特性研究

为提高基于单模-多模-单模(SMS)光纤结构的温度传感器的温度灵敏性和非温度传感器的温度稳定性提供科学依据,从而增强它们的实用性,研究了热光效应和热膨胀效应引起的SMS光纤结构的温度特性。通过分析SMS光纤结构的模式干涉原理和确定SMS光纤结构中受温度影响的参数及其与温度之间的关系,建立了分析普通多模光纤构成的SMS光纤结构温度特性的理论模型。进一步利用此模型分析了不同多模光纤纤芯直径下,多模光纤包层和纤芯的热光效应,以及多模光纤纤芯直径和长度的热膨胀效应对SMS光纤结构温度特性的影响。结果表明,多模光纤包层和纤芯的热光效应是影响SMS光纤结构温度特性的第一和第二因素,并且两种效应下的温度灵敏度均随多模光纤纤芯直径的减小而增大,但变化方向相反;而多模光纤的热膨胀效应对SMS光纤结构的温度特性影响很小,可以忽略;各热效应同时作用下,多模光纤纤芯直径对温度灵敏度基本没有影响,灵敏度约为12.5pm/℃。

单模-多模-单H2模光纤结构在安防系统的实验研究

基于模间干涉原理,将单模-多模-单模(SMS)光纤结构运用于光纤安防系统中。以多模光纤为传感光纤,结合小波变换处理,实现对外界振动入侵事件的探测。理论分析了多模光纤的模间干涉原理,并分别将两路传感光纤置于围栏和铺设在地面上,对几种振动入侵事件进行实验分析。研究结果表明:该结构型传感器能够快速有效地探测到振动入侵信号,在光纤安防领域中具有较好的可行性。该结构型传感系统由于其结构简单、成本低廉等优点,在光纤安防系统中具有重要意义。

基于单模-多模-单模光纤模间干涉的温度传感特性研究

基于单模-多模-单模(SMS)光纤输出光功率随温度的变化规律,提出了一种温度测量的理论模型,并实现了一种新型的测温系统。通过测量光功率变化的相位即可得到与之呈线性关系的温度变化。通过两个温度变化过程对该系统进行定标,得到相位与温度之间的定标系数为2.5347。对自然快速升温和线性缓慢升温两个过程进行了实验测试,系统误差小于5%。

基于并行SMS结构的可开关可调谐掺铒光纤激光器

提出了一种基于并行单膜光纤(SMF)-多膜光纤(MMF)-SMS(SMS)结构的可调谐掺铒光纤(EDF)激光器,其总体结构是在环形激光腔中采用了两个并行的SMS结构作为滤波器件。通过控制腔内的损耗,具有单、双波长可开关特性。单、双波长状态下的边模抑制比(SMSR)均大于35dB。波长调谐采用弯曲调谐的方式,单波长状态下,当螺旋测微计控制的位移量从0μm变化到60μm时,输出激光中心波长从1 558.3nm变化到1 557.3nm。实验结果表明,此结构的光纤激光器不仅具有结构简单、成本低的优点,还具有波长可开关和可调谐特性,在波分复用(WDM)光通信系统、光纤传感和高精度光谱测量等众多领域有着很好的应用前景。

光纤周界防区入侵事件的模式识别研究

采用单模-多模-单模(SMS)光纤结构的光路,针对施加在多模光纤上的入侵信号,提出了基于短时傅里叶变换(STFT)和卷积神经网络(CNN)相结合的模式识别分类方法。该方法对入侵信号进行STFT以获得时频图,制作成训练集和测试集;将训练集输入到三种网络模型中进行训练,根据工程应用指标选择合理的网络模型;利用网络模型对测试集进行分析,得到入侵信号的识别结果。采用4种入侵信号对该方法的有效性和实时性进行验证。结果表明,该方法可以高效识别人为入侵信号和非人为入侵信号,并可以通过增加含有不同类型噪声的入侵信号种类和数量来验证此方法的稳健性,减少了入侵信号的漏报率和误报率,提高了SMS光纤结构在周界防区模式识别中的应用价值。

错位结构全光纤扭转传感器的研究

全光纤干涉仪具有结构简单、制作方便且灵敏度高的特点,近年来已广泛应用于各种传感领域。提出了一种基于多模光纤错位熔接于两单模光纤之间的全光纤干涉仪,并将其应用于矢量扭转测量。实验证明,若以强度解调,传感器在顺时针及逆时针扭转时的灵敏度分别为-0.225 dB/(°·m)和0.148 dB/(°·m);若以波长解调,传感器在顺时针及逆时针扭转时的灵敏度则为-0.259 nm/(°·m)和0.222 nm/(°·m)。不管采用哪种解调方法,传感器在0~180°范围内的线性拟合度都大于97%。提出的全光纤扭转传感器结构简单且性能良好,可以用于建筑形貌及结构健康监控等工程应用。提出的全光纤干涉仪在未来还可用于其他领域的传感测量,如温度、曲率等。