实芯保偏光子晶体光纤散射测量与分析

实芯保偏光子晶体光纤在双折射、温度、抗辐照等方面具有独特的优势,非常适合于光纤陀螺应用,然而其损耗较大,影响着光子晶体光纤陀螺性能的提高,空气孔内壁表面粗糙度引起的散射是导致损耗的原因之一。针对实芯保偏光子晶体光纤散射损耗,建立了光纤散射模型,仿真计算散射损耗为0.179dB/km;搭建了全自动测试装置,测量灵敏度可达1pW,散射角测量范围可达15°～165°,光纤旋转角度分辨率可达1°,实现了三维散射球的测量,得到散射损耗为0.23dB/km,验证了理论仿真结果的可靠性。

光子晶体与保偏光纤低损耗、高可靠熔接工艺

光子晶体光纤利用周期性的空气孔结构实现导光,具有空间辐射不敏感的特性。在光子晶体光纤空间应用中,存在与保偏尾纤熔接损耗大、熔接强度低的问题。本文对光子晶体光纤与保偏光纤熔接工艺进行研究。首先分析了光子晶体光纤和保偏光纤熔接损耗的产生机理,结合有限元仿真获得了熔接损耗与熔接功率和熔接时间的关系,并通过熔接实验对计算结果进行了验证。在此基础上,重点关注了熔接功率和时间对熔接强度的影响,通过实验获得了最优的熔接功率和熔接时间。最后,通过提升光纤端面质量、偏移加热位置、优化熔接参数等方法进一步提升了熔接点质量,实现了低熔接损耗与高熔接强度的平衡。利用优化后的熔接参数开展了光子晶体光纤与保偏光纤熔接实验,实验结果表明,平均熔接损耗达到0.82 dB水平,均低于1 dB,平均熔接强度139 kpsi,均大于100 kpsi,满足宇航空间应用的光纤低损耗、高可靠的熔接需求。

基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术

分析和仿真了含两段保偏光纤的光纤Sagnac干涉仪输出光谱特性,获得消除两段双折射光纤交叉敏感的条件。提出了一种基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术。采用实心保偏光子晶体光纤作为传感光纤,搭建了基于双段保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的侧向压力传感系统,分别进行侧向压力测试及温度影响实验。实验结果表明,侧向压力灵敏度可以达到的0.287 7 nm/N,同时由温度变化引起的漂移量小于0.1 pm/℃。

高双折射光子晶体保偏光纤研究进展

光子晶体光纤的问世,使得光子晶体保偏光纤(Polarization maintained photonic crystal fibers, PM-PCF)的研究一直是光通信领域的研究热点。在综述国内外大量文献的基础上,对高双折射光子晶体保偏光纤的传输机理和保偏原理进行分析,评述了高双折射光子晶体保偏光纤的各种设计方案,并进一步对光子晶体保偏光纤的研究现状、应用和发展前景进行了展望。

保偏光子晶体光纤的近圆形模场分布特性

在光纤陀螺中,由于保偏光纤的性能易受环境的影响,制约了光纤陀螺稳定性和精度的进一步提高。保偏光子晶体光纤的研究为光纤陀螺解决环境适应性问题提供了新思路,针对保偏光子晶体光纤与传统光纤的模场匹配问题,采用有限元方法,对保偏光子晶体光纤的保偏性能和模场分布特性进行了分析与研究。通过分析不同空气孔尺寸对保偏光子晶体光纤性能的影响,得到其保偏性能与模场分布特性存在相互制约性。提出了一种改善保偏光子晶体光纤模场分布的方法,并通过仿真分析验证了这一方法的可行性,这为光纤陀螺用光子晶体光纤的发展提供了借鉴。

全玻璃实心保偏光子晶体光纤的研制

设计并采用棒管法结合毛细管堆积技术制备了一种全玻璃材料的实心保偏光子晶体光纤,光纤端面测试结果表明,这种结构设计有效克服了传统光子晶体光纤制造过程中空气孔易于塌陷的困难,光纤微结构保持良好.采用剪断法测得在1550nm波长下光纤的传输损耗为6.84dB/m.测试了输出光的偏振度,结果表明该光纤具有较好的保偏特性,说明采用此方法研制具有高保偏性能且制作工艺简单的光子晶体光纤是可行的.

基于保偏光子晶体光纤的长尾式光纤环镜角度传感器

针对扭转角度的精确测量问题,提出一种基于保偏光子晶体光纤的长尾式光纤环镜角度传感器.采用对温度不敏感的保偏光子晶体光纤作为扭转角度的传感单元,当保偏光子晶体光纤被旋转一定角度时,其双折射值会发生改变,进而影响光在环镜系统内的干涉情况,最终表现为光谱仪上干涉谱的移动.理论推导出系统的传感规律后,实验测得该传感器在扭转角度为0°~101°的范围内,灵敏度为0.061 7 nm/（°）;若光谱仪分辨率为0.01 nm,则系统最小分辨力为0.16°,并具有超低的温度灵敏度-0.6 pm/℃.该角度传感器具有体积小、成本低、对温度不敏感及可用于远距离传输等优点.

基于保偏光子晶体光纤的高灵敏度曲率传感器

为了能高精度测量小曲率,采用单模-鼓包-保偏光子晶体光纤-多模-单模光纤组成的结构,其中多模光纤和单模光纤之间错位熔接。通过理论分析和实验验证得到在0.04582m^-1-0.054776m^-1及0.054776m^-1-0.06929m^-1曲率范围内,谐振波长漂移与曲率变化之间分别存在着线性关系。结果表明,该曲率传感器灵敏度值分别为93.95nm/m^-1和30.89nm/m^-1,可以应用于健康监测等需要测量小曲率的场合。

保偏光子晶体光纤激光器实验研究

以中心波长976nm、输出功率70W的半导体激光器作为泵浦源,掺镱双包层保偏光子晶体光纤为增益介质,采用法布里-珀罗光学谐振腔结构,利用后向泵浦,实现了波长约1040nm、最大功率5.3W的激光输出,并就保偏光子晶体光纤在不同缠绕轴向及缠绕半径时输出激光的偏振特性进行了实验研究.

保偏光子晶体光纤图像特征孔中心提取算法

保偏光子晶体光纤快慢轴的检测是保偏光子晶体光纤应用的关键技术。针对保偏光子晶体光纤端面空气孔数量多、尺寸存在差异及噪声和伪边缘干扰圆心定位精度的问题,提出一种双峰均值二值化法粗定位和径向扫描三点法精定位相结合的方法。采用双峰均值二值化法实现空气孔重心的粗定位;利用大空气孔定方位,选取两个具有结构对称的空气孔区域,去除粗大误差点,径向扫描法确定边缘三点进行圆心精定位,并利用半径阈值减小误差。实验结果表明,该方法能有效分割光纤端面图像,圆心偏差小于0.2个像素,为光纤定轴打下必要的理论基础。

基于图像的保偏光子晶体光纤定轴技术研究

分析保偏光子晶体光纤定轴的精度并进行实验验证。误差计算表明,空气孔中心提取算法精度越高、定轴空气孔中心距越大,定轴误差越小。算法精度分析表明,空气孔中心提取算法精度达到亚像素,圆心横坐标误差小于0. 2个像素,采用快轴轴线上中心距最大的两个小空气孔定轴,定轴误差小于0. 15°。相机实时采集端面图像,定位空气孔中心后求出旋转角,利用电机细分驱动转动保偏光子晶体光纤。准确度实验说明定轴算法可靠,精密度实验说明定轴算法稳定,最后的定轴实验证明,定轴技术可行,且能达到±0. 2°的定轴精度,易于推广到其他光子晶体光纤定轴。

高双折射光子晶体光纤偏振模色散测量

对一种高双折射光子晶体光纤的偏振模色散进行了测量.实验用26m长光子晶体光纤使皮秒光脉冲的两个正交偏振模产生了108ps时延.运用脉冲时延法和固定分析仪法对这种高双折射光子晶体光纤的偏振模色散进行了实验测量,测量得到其偏振模色散参量可达4154ps/km,对应的模式双折射度为1.25×10-3.这种新型的高双折射光纤可用于补偿光纤通信系统中的偏振模色散.

光子晶体光纤陀螺光纤环偏振特性

光子晶体光纤陀螺技术是解决光纤陀螺空间辐照及热漂移问题的重要技术途径,其中光子晶体光纤环是影响光纤陀螺性能的关键。仿真分析了光子晶体光纤的双折射与结构设计的关系,并计算了光纤的双折射和光纤环绕制过程引入的附加双折射的温度灵敏度,利用白光干涉仪,对光子晶体光纤环和普通的保偏光纤环进行了对比测试分析。试验结果表明,光子晶体光纤环具有较低的偏振特性温度灵敏度,双折射温度系数比普通保偏光纤低接近1个量级,引起的陀螺偏振误差也比普通保偏光纤环小1倍左右。试验结果验证了理论分析的正确性。

双矩形纤芯光子晶体光纤偏振分束器

基于双折射效应设计了一种新颖的纤芯为椭圆空气孔,包层为圆形空气孔的矩形双芯光子晶体光纤偏振分束器。用半矢量光束传播法(BPM)数值模拟了基模情形下该偏振分束器的性能,结果表明:在工作波长为1.55μm,光纤长度为1659μm时,两个纤芯在X、Y方向偏振光的隔离度分别达到了-41.3 dB和-39.1 dB,隔离度小于-10 dB的带宽超过了80 nm,达到了良好的偏振分束性能。同时,模拟了实际加工误差对所设计的偏振分束器的影响,得出在1.55μm的工作波长下,误差达到±7%时,隔离度仍能小于-10 dB,具有较高的实际应用价值。

基于实芯光子晶体光纤的本征型法布里-珀罗温度传感器

本文提出一种基于实芯光子晶体光纤（Photonics Crystal Fiber，PCF）的本征型法布里？珀罗干涉（Intrinsic Fabry？Perot Interferometer，IFPI）温度传感器。该传感器仅需两次电弧熔接即可制备而成。对不同腔长的传感器进行了温度传感实验，实验结果表明，在20～90℃的温度变化范围内，传感器具有较好的温度灵敏度，且在一定长度范围内，F？P 腔长越长，灵敏度越高，最高可达16．34 pm／℃。因此，该传感器具有制作简单、结构稳定、灵敏度高等优点，可用于不同场合的温度传感领域。

高双折射双芯光子晶体光纤偏振分束器

设计了一种基于双折射效应的新型矩形纤芯光子晶体光纤偏振分柬器，通过在矩形晶格结构的光子晶体光纤的每个纤芯中引入一对椭圆来增加结构的双折射。应用全矢量有限元法（FEM）分析了双芯光子晶体光纤中结构参数对双折射和耦合长度特性的影响，数值模拟了该偏振分柬器的性能。结果表明：增大椭圆率可以在增大结构的双折射的同时减小耦合长度，并且该分束器在工作波长为1．55μm、传输长度为282μm的光纤中能够实现偏振状态的隔离，消光比达到最小值-45．42dB，并且在1．507-1．596μm、带宽为89nm的范围内消光比小于-10dB。

八边形晶格双芯光子晶体光纤偏振分束器

分别以碲玻璃和SF6玻璃作为基质材料,设计制作了一种基于双折射效应的新型八边形晶格双芯光子晶体光纤偏振分束器。应用全矢量有限元法(FEM)分析了碲玻璃和SF6两种双芯光子晶体光纤中结构参数对双折射和相对耦合长度特性的影响,数值模拟了碲玻璃和SF6两种偏振分束器的性能。结果表明:在碲玻璃和SF6两种双芯光子晶体光纤中,增大椭圆率可同时增加结构的双折射和相对耦合长度,与SF6玻璃偏振分束器相比较,碲玻璃偏振分束器具有更高的消光比和更大的带宽,即在工作波长为1.55μm处,消光比达到最小值-53.46 dB,且消光比小于-20 dB的带宽为120 nm。

利用双晶体实现的低频保偏光纤声光移频器

该文介绍了一种低频保偏光纤声光移频器的设计、制作、性能参数及典型应用。采用双晶体反向级联设计,将两片晶体工作频率的差值作为器件的移频频率,避免了单片声光晶体难以实现低频声光移频的问题。样品获得的性能参数为:工作波长1 053nm,移频频率10 MHz,插入损耗3.3dB,光上升时间33ns,输出偏振态线偏振。

基于碲酸盐的新型单芯光子晶体光纤偏振分束器

提出了一种基于ZnTe碲酸盐玻璃的单芯光子晶体光纤偏振分束器.在外侧包层纤芯对称位置引入缺陷孔,使缺陷模和纤芯基模发生耦合以实现光束分离.采用全矢量有限元法对所提出的单芯光子晶体光纤偏振分束器的特性进行研究,结果表明:该分束器可以实现1.3μm和1.55μm波长光的分离,并使光束沿X和Y偏振方向同时传播;当光纤长度为15mm时,1.3μm和1.55μm处的串扰值分别低至-45.1dB和-40.2dB,小于-20dB的带宽分别为44.2nm和67.1nm;在传输波长1.3μm和1.55μm处的损耗值为0.063dB和0.048dB;偏振分束器在具有低串扰值的同时,具有较低的限制损耗.

液晶填充碲酸盐光子晶体光纤偏振旋转器

提出一种液晶填充碲酸盐玻璃的柚子型光子晶体光纤偏振旋转器,利用全矢量有限元法,对液晶填充碲酸盐玻璃的柚子型光子晶体光纤的偏振旋转特性进行数值模拟,并分析了光纤结构参数、环境温度、工作波长等对光纤偏振旋转特性的影响.研究结果表明:此种偏振旋转器具有较高的旋转效率、较低的工作串扰和较短的旋转长度,在工作波长为1.55μm、偏振角度为45°时,其值分别达到99.947%、-32.84dB和197μm;另外,随着光纤薄壁厚度的增加,旋转长度随之升高,随着工作波长的变大,旋转长度随之降低,随着温度的增加,旋转长度随之升高.这种新型的光子晶体光纤为偏振旋转器的研发提供了参考.