光子带隙光纤背向散射次波建模及实验验证

光子带隙光纤有着独特的结构形式、传输介质和导光机制,这使其具有传统光纤无法比拟的优点,是未来光纤陀螺的理想选择。但光子带隙光纤粗糙的纤芯内壁导致其产生强烈的背向散射次波,会使光子带隙光纤陀螺产生额外的非互易误差。为了定量分析光子带隙光纤背向散射次波强度大小,论文基于电偶极子辐射理论建立了一种简单的光子带隙光纤背向散射次波理论模型。通过聚焦离子束微纳加工法和原子力显微镜测量得到了准确的纤芯内壁表面形貌功率谱密度,进而计算得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数理论值为2.61×10^(-9)/mm。通过光频域背向反射散射仪得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数测量值为~1.82×10^(-9)/mm,初步验证了背向散射次波模型的正确性,为背向散射次波抑制技术研究奠定了基础。

传输2μm波段激光的多芯空芯光子带隙光纤的研究

2μm波段属于人眼波段,并且具有大气通信窗口,对该波段的研究是未来光通信系统亟待开发的领域。软玻璃材料相比于石英玻璃,具有更宽的透光范围,并且可扩展到中红外波段,以配合2μm波段光通信系统。设计了一种多芯空芯光子带隙光纤,针对不同模式的模场面积、限制损耗和弯曲损耗等特性进行仿真分析。综合分析给出了2μm波段单个和多个模式激光传输的最优波长。

可调光子带隙光纤的泄漏损耗特性研究(英文)

通过向折射率引导型光子晶体光纤的空气孔中填充可调的高折射率的材料可以获得带隙可调的光子带隙光纤.本文采用矢量平面波展开法与矢量有限元法对可调光子带隙光纤的泄漏损耗特性进行了理论研究.研究表明,这种可调光子带隙光纤的光子带隙效应使其泄漏损耗与填充材料的折射率有很强的依赖关系,同时给出了光子带隙光纤的泄漏损耗和群速度色散与归一化波长的关系.

空芯光子带隙光纤及其传感技术

本文综述了空芯光子带隙光纤的独特性质,并介绍了近年来这类光纤在传感领域应用的新进展。光波在空气纤芯中低损耗传输是空芯光子带隙光纤的重要特性,它带来了长距离、大能量密度的光与物质相互作用通道,降低了光纤材料属性对传输光的影响(如中红外吸收、热光效应),为诸如痕量气体/液体探测、高精度光纤陀螺仪等传感应用提供了高效的新平台。空芯光子带隙光纤内部精细的微结构具有新颖的机械性能和热性能,有利于诸如声波、振动探测等传感应用;还可结合光纤后期热处理、选择性填充等技术,对多孔包层进行结构修改或材料填充,获得进一步的性能和功能扩展。这些灵活性已用于开发具有新特性的光纤器件,例如光栅、起偏器和偏振干涉仪。目前,空芯光子带隙光纤传感技术的发展已大大扩展了光纤的环境感知能力和应用范围,是全光器件和光集成技术发展的重要方向。

空芯光子带隙光纤在甲烷检测中的应用

以多段级联的空芯光子带隙光纤(PBF)作为气体传感探头,以谐波检测技术作为信号处理方法,构建了一种新型全光纤甲烷监测系统。分析了甲烷在空芯内的扩散特性,实现了传感气室的优化设计。实验结果证实了该传感头用于甲烷检测的可行性。

以空芯光子带隙光纤作气室的全光纤甲烷检测

以空芯光子带隙光纤(PBGF)作为气体传感部件,分析了PBGF内部导光机制及其甲烷在纤芯缺陷区域的扩散特性,设计多段PBGF连接耦合弯曲成圈在一起组成的传感气室,构建一套全光纤甲烷浓度检测系统。引入分布式反馈光纤激光器的调控机制,采用谐波检测技术,实现了整体对全光纤甲烷浓度检测系统的优化。经实验,可证明由该传感部件组成的全光纤甲烷浓度检测系统能够实现甲烷浓度在线实时检测,并且甲烷浓度与相对强度成良好的线性关系,其线性度可达99.8%。

空芯光子带隙光纤纤芯截切半径的研究

利用平面波展开法（PWM）计算了理想的圆形空气孔按三角格子排列的光子晶体带隙，利用带隙图设计了移去7根玻璃毛细管形成纤芯的空芯光子带隙光纤（PBF），随后利用全矢量有限元法（FEM）计算了所设计的光纤，给出了在不同半径情况下沿z轴方向的光强分布和光强等高线分布，从而得出了该类光纤消除表面模、减小损耗的纤芯半径最佳截取范围为0．9A～1．0A，为光纤的拉制提供了理论依据。

基于C-lens的光子带隙光纤准直器传输特性

研究了一种基于C-lens的光子带隙光纤准直器,由于光子带隙光纤准直器光纤端面没有反射,相比普通光纤准直器,其传输矩阵将发生变化。从高斯光束单透镜成像的一般模型出发,利用矩阵光学,在子午面和弧矢面推导了光线传输矩阵。结合实际应用中光子带隙光纤及C-lens透镜的参数,仿真分析了尾纤与C-lens透镜之间的间距及C-lens透镜的参数对工作距离和束腰直径大小的影响,理论得到了新模型下,光子带隙光纤准直器的出射光斑在子午面和弧矢面束腰直径和工作距离近似重合,相比普通光纤出射光斑的椭圆化程度小。研究结果对进行光子带隙光纤准直器及基于光纤准直器的光学器件设计与制作具有指导意义。

材料色散对全固态带隙光纤带内色散的影响

全固态光子带隙光纤已开始用于产生超连续谱,其带隙效应可以控制超连续谱的范围,但是带内的色散特性对于超连续谱的产生有着重要的影响。采用平面波法计算了同一带隙光纤不同阶带隙内的色散曲线和不同带隙光纤同阶带隙内的色散曲线,零色散波长在带内相对位置与带隙位置密切相关,在长波长区域,零色散点位于带隙的短波边;在短波区域,零色散点位于带隙的长波边。通过对波导色散和材料色散的计算发现,全固态带隙光纤的材料色散影响了零色散点在带隙内的相对位置。

全固光子带隙光纤滤波1126nm掺镱光纤激光器

利用全固光子带隙光纤(all-solid photonic bandgap fiber,AS-PBGF),以及光纤光栅对组成谐振腔强制选频,得到输出波长为1 126 nm、输出功率为1.81 mW的全光纤化掺镱光纤移频激光器.AS-PB-GF的禁带介于1 030～1 124 nm,恰好可压制掺镱光纤的常规强增益波段.介于禁带范围的放大自发辐射得到很好压制,输出激光高于残余辐射近50 dB.

空芯光子晶体带隙光纤用于甲烷检测的研究

基于甲烷的光谱吸收理论,设计了一套利用空芯光子晶体带隙光纤(HC-PBGF)做传感气室的全光纤甲烷检测系统。根据HITRAN2012数据库和HAWKS软件确定甲烷的检测波长;利用气泵在HC-PBGF两端形成压力差来加快甲烷气体的扩散,利用反射镜延长光程至2倍;通过实验得到190 s后气体扩散完成,0.5 h内系统示值波动为0.012%,平均重复率为99.63%。最后配制0~2.5%浓度的甲烷气体进行浓度检测,得出甲烷浓度与相对吸收强度呈线性关系,线性度为99.92%。该系统成功实现了将HC-PBGF的空芯结构用于甲烷的吸收检测,加快了系统的响应速度,实现了仪器的小型化,使在线检测更加方便。

空芯光子带隙光纤色散特性的实验研究

针对空芯光子带隙光纤宽带宽、高效率、高精度的色散测量需求,本文基于干涉法,提出一种适用于测量空芯光子带隙光纤宽带色散的相位提取方法,建立了基于Mach-Zehnder干涉仪的色散测量系统,开展了空芯光子带隙光纤(HC-PBGF)色散特性的实验研究,重点对研制的19 cell HC-PBGF的色散特性进行了系统的实验研究.实际测量得到19 cell HC-PBGF在1400—1630 nm带宽范围内的基模色散曲线,开展了HC-PBGF的高阶模色散测量研究,测量得到了19 cell HC-PBGF四条高阶模色散曲线.实验测量结果与理论仿真结果吻合,研究成果为深入探究空芯光子带隙光纤的色散特性,推进其在高功率激光脉冲传输、大容量数据通信、光纤非线性等领域的应用具有重要意义.

空芯光子带隙光纤在光纤陀螺中的应用前景

光纤是光纤陀螺的核心器件之一。光纤的性能参数直接决定光纤陀螺的性能。常规硅芯光纤制造工艺比较成熟,但受限于物理条件,"克尔效应"、"瑞利背向散射效应"、"法拉第效应"和"舒珀效应"影响比较大。近年来,基于光子带隙效应的导光机制与传输特性制成的在空气中传输光线的空芯光子带隙光纤逐渐应用在光纤陀螺制造中。介绍空芯光子带隙光纤的性能特点,尤其是相比常规硅芯光纤的优势;空芯光子带隙光纤的技术发展潜力;展望其在光纤陀螺中的应用前景。

谐振式光子带隙光纤陀螺一体化方案(英文)

实现了使用光子带隙光纤的一体化谐振式光纤陀螺方案,设计并制作了谐振腔中基于微光学结构的耦合器。实验测得制作的谐振腔清晰度为3.7。搭建了基于该谐振腔的陀螺系统,并对其主、次偏振态的谐振曲线进行了实际测量。实验结果测得该系统60s零漂为2.45(°)/s,及1h长期稳定性为7.11(°)/s。同时,实现了对应陀螺输出±50(°)/s(积分时间10s)及±100(°)/s(积分时间10s)的模拟转速实验,验证了该陀螺系统的Sagnac效应。分析得到耦合损耗是影响该陀螺系统性能的主要因素。验证了该谐振腔结构具有应用于陀螺系统的可行性,为谐振式光纤陀螺性能进一步提高提供了参考。

光子带隙光纤中纤芯环掺杂对传输特性的影响

为了研究光子带隙光纤中纤芯环掺杂浓度的百分比对光纤传输特性的影响,利用全矢量有限元法在纤芯环掺杂浓度的百分比为1%～5%的条件下对7孔光子带隙光纤纤芯环掺杂和19孔光子带隙光纤纤芯环掺杂两种结构进行了仿真,比较了两种结构的纤芯模能量分布曲线,并且给出了19孔光子带隙光纤在不同的纤芯环掺杂浓度的百分比下,光纤带宽、色散、有效模面积和有效折射率的分布曲线图。结果表明,19孔光子带隙光纤比7孔光子带隙光纤具有更强的限光能力,且纤芯环掺杂浓度的百分比对光子带隙光纤的传输性能有显著的影响。

全固态光子带隙光纤第1带隙内模场分布特性

利用多极法计算了全固态光子带隙光纤第1带隙内不同波长处的基模模场分布,得到2维归一化光强分布特性。由于该光纤具有三角形(C6v)的对称结构,影响了光纤内的模场分布,为此计算了该结构两个具有代表性的方向上的模场分布,分析了带隙内两个不同的结构方向上的模场分布特性。结果表明,在长波长区域,两个方向上的模场半径并不相等,但都随波长的增加而减小,其变化规律与全内反射导光的光纤不同。

光子带隙光纤准直器回波损耗研究

研究了一种光子带隙光纤准直器。为了降低回波对光源的干扰,通常光纤准直器的回波损耗不应低于60 d B。由于带隙光纤端面没有反射,因此满足这一条件的带隙光纤准直器GRIN透镜入射面的倾斜角与普通光纤准直器不同。从高斯光束通过光学系统的一般模型出发,利用矩阵光学和高斯光束耦合理论,推导了光线传输矩阵。结合实际应用中光纤及GRIN透镜的参数,仿真分析了尾纤与GRIN透镜之间的间距及GRIN透镜的参数对准直器回波损耗的影响。结果表明,镀有增透膜时,当光子带隙光纤准直器的GRIN透镜入射面倾角等于3°时,回波损耗大于60 d B。研究结果对进行光子带隙光纤准直器的设计具有指导意义。

空芯光子带隙光纤结构参数对其有效折射率的影响

利用有限元法,从理论和数值上研究了19孔纤芯空芯光子晶体带隙光纤(PBGFs)的结构参数对其有效折射率的影响.采用拓扑优化方法改善纤芯空气孔内层厚度和角度,研究了基本模型的有效折射率与结构参数的关联性.采用完美匹配层(APML)做吸收边界条件,数值结果表明选择边界条件对结果的精度和准确性有很大的影响,有限元法能有效地分析和设计光子晶体光纤,此研究为设计特殊用途的PBGFs提出了一种参考.

谐振式光子带隙光纤陀螺谐振腔方案设计

为提高陀螺系统的精度,设计并实现了基于光子带隙光纤的谐振式光学陀螺方案。对用于该陀螺的核心器件谐振腔进行了研究,仿真比较了反射式和透射式两种谐振腔的清晰度和信噪比,发现反射式的清晰度高、输出信号强度大,由此确定谐振腔采用反射式结构方案。以谐振腔极限灵敏度为优化参考值,根据谐振腔频率响应特性和陀螺数据输出特性,仿真优化了谐振腔腔长、耦合器分光比等结构参数。在极限灵敏度极值对应的最佳分光比为约0.5时,谐振腔长取30m,陀螺极限灵敏度达0.03(°)/h,完成光子带隙光纤谐振腔的理论设计。