基于飞秒激光微加工的温度补偿型高灵敏度光纤光栅传感器的实验教学研究

在传统的大学物理实验教学中,长周期光纤光栅的折射率灵敏度较低且温度灵敏度通常为正值,与布拉格光纤光栅相结合不能很好地实现温度串扰的消除。因此,我们利用飞秒激光直写技术制备出一种微纳光纤布拉格光栅(mFBG)与微纳小长周期光纤光栅(SP-mFLPG)级联的温度补偿高灵敏度光纤光栅传感器。这种传感器体积小巧、稳定性高,折射率灵敏度高达759.02 nm/RIU,同时具备温度补偿特性等优势。对于本次传感器的制备实验教学,有助于本科基础教学授课,为创新性教学实验带来更多可能性,学生将参与微纳光纤器件的制作与测试实验,这将有助于他们提升动手能力、专注力以及科研素养。更重要的是,学生们能够涉足创新性的光纤结构设计领域,从而激发其对新型光纤器件和传感应用的兴趣,为其未来学习和深造奠定坚实的基础。

微纳色散补偿光纤光栅的折射率传感特性研究

采用相位掩模法,在未经载氢处理的色散补偿光纤上刻写出多个满足相位匹配条件的光纤布喇格光栅。经过化学腐蚀法处理,分别制作了直径为20μm、17.5μm的微纳光纤光栅,实验研究了其布喇格波长与折射率的变化关系。结果表明,在实验溶液折射率测量范围内,传感器高阶模谐振波长与溶液折射率之间均呈现良好的拟合关系,折射率线性拟合灵敏度最高为28.6nm/RIU。此外,实验发现满足光纤光栅相位匹配条件的模式阶次越高,传感器对周围溶液变化感应能力越强。

基于磁流体包覆微纳光纤布拉格光栅的磁场传感特性研究

提出了一种基于磁流体包覆的微纳布拉格光纤光栅的磁场传感器。采用氢氧焰熔融拉锥和紫外光曝光的方法制作了具有不同直径的基于微纳光纤的布拉格光栅,随着光纤直径的减小,其有效折射率对环境折射率变化的灵敏度随环境折射率的增大而非线性增大,但损耗也随之增加。实验结果表明,被磁流体包覆的直径为9.24μm的微纳布拉格光纤光栅,在0 mT~40 mT和40 mT~160 mT磁场范围内,分别获得了36.2 pm/mT和3.6 pm/mT的波长灵敏度以及81.15%和94.83%的线性拟合度。

光纤布拉格光栅折射率传感研究进展

在介绍短周期光纤光栅(FBG)和微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)折射率传感原理的基础上,围绕如何提高FBG折射率传感灵敏度,详细论述了腐蚀法和抛磨法两种折射率传感技术方案的研究进展,对比分析了两种方案的优缺点。同时综述了微纳光纤和微纳光纤光栅应用于折射率传感的研究现状,指出了目前研究所面临的技术难题与解决方案,展望了FBG折射率传感技术的发展趋势,可为进一步开展基于光纤光栅器件的折射率传感研究提供参考。

显微手术机器人系统在眼底病中的应用现状及进展

眼科手术具有精密性高、操作空间小、学习曲线长等特点,对手术机器人操作系统要求较高。随着机械学、生物力学及计算机学等多学科的发展,显微手术机器人系统在眼科中的应用将越来越广泛,可以解决人手生理性震颤、心理因素波动、长时间手术身体疲劳等生理局限,未来将大大提高眼科手术的成功率。本文就国内外显微手术机器人系统在眼底病手术中的应用和进展做以综述,并对关键技术进行分析。

基于FBG的新型微位移测头系统的研究

为了提高微位移测量系统的测量精度,文章设计了以光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)为传感器的触发式测头系统。该测头采用双FBG悬接式探头传感结构,实时修正温度气流振动等环境干扰的影响;球形的探针结构扩大了测量范围;同时为了降低成本和简化结构,系统采用可调谐匹配光栅法对信号进行解调。利用PI线性微动平台和Renishaw XL-80激光干涉仪做出的实验结果表明,该系统量程为30μm,最优分辨力达到10nm,非线性误差为150nm,满量程重复性小于350nm。

基于光纤布拉格光栅拉锥的带宽可调微光纤马赫-曾德尔干涉仪

提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)拉锥的带宽可调的微光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI),该微光纤MZI的两端为关于中心束腰光纤对称的锥形微啁啾长周期光栅(CLPG)。对拉锥后的光栅周期及折射率分布进行了建模及仿真。折射率测试结果表明,MZI透射光谱带宽的倒数与氯化钠(NaCl)溶液折射率呈线性关系,通过改变NaCl溶液折射率可以调谐透射光谱带宽。对透射光谱1550 nm处的带宽进行了测量,得到折射率调谐带宽的精度为0.64318 nm^(-1)·RIU^(-1)。

基于分布式光纤传感器的触觉传感器

本文介绍了两种利用光纤传感器的触觉传感器。一种是光纤布拉格光栅(FBG)触觉传感器。布拉格光栅反映在布拉格波长的光谱组成部分,这种传感器可以检测外部强迫使用的反射波长的变化。另一种触觉传感器采用光纤微弯曲(MBOF)触觉传感器。该传感器能够感应光传输的损耗。利用光的损失,该传感器也可以检测外部力量。在本论文中,我们对两种传感器都进行了研究,并对两种触觉传感器的性能进行了验证。

基于微弯效应的长周期光纤光栅的研究

用两个周期为600μm,齿宽为200μm的周期性刻槽板彼此错开从上下两面对单模光纤施压,在光纤中形成了微弯式长周期光纤光栅。由于齿宽小于二分之一周期,可产生更深的光纤微弯调制,获得更大的交流交叉耦合系数。通过测量两个光栅长度分别为6 cm和12 cm的微弯式长周期光纤光栅在不同压力下的透射谱,研究了峰值损耗、附加损耗、损耗谱半峰全宽与压力和光栅长度的关系。对于长12 cm的微弯式长周期光纤光栅,在第一饱和压力点峰值损耗达到19.2 dB,损耗谱半峰全宽(FWHM)为20 nm,附加损耗只有0.26 dB;经过三次过耦合得到34 dB的峰值损耗。然后用理论结合实验数据分析发现当光纤所受压力小于饱和压力时,光纤光栅交流交叉耦合系数与压力成正比。

微纳光纤布拉格光栅液体折射率传感实验研究

通过对普通光纤布拉格光纤(FBG)用HF腐蚀,制作了不同直径尺寸的微纳FBG(MNFBG)用于液体折射率传感实验研究。结果表明,MNFBG的反射波长在1.33~1.43折射率范围内均随液体折射率的增大向长波方向移动,而且保持良好的二次非线性关系,最大波长灵敏度可达14.41nm/RIU;在1.33~1.38和1.38~1.43的较小折射率范围内,反射波长随折射率变化具有良好的线性关系,而且随着芯径尺寸的减小,反射波长随折射率变化的灵敏度、线性度以及线性响应范围均成递增规律。本文研究不仅拓展了FBG的功能化应用,而且为基于FBG的折射率传感器的设计、优化以及合理应用提供一定参考。

液体环境中微纳光纤布拉格光栅的温度特性

针对微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)在应用中存在的温度依赖问题,数值模拟了被不同折射率液体包围的MNFBG的反射波长与温度的关系,并且制作了可更换封装液体的MNFBG用于实验研究。通过使用蒸馏水和不同折射率的匹配液封装MNFBG,得到了MNFBG反射光谱及其中心波长随封装液体温度的变化规律。研究发现,在相同的温度变化过程中,不同性质的封装液体会影响MNFBG反射光谱的形状和移动方向,改变了普通光纤布拉格光栅(FBG)在温度升高过程中反射光谱形状几乎不变但其中心波长线性红移的特性。封装液体的折射率和热光系数越大,MNFBG反射波长随温度的变化越趋于非线性。换用折射率和热光系数分别为1.456和4×10^(-4)℃^(-1)的匹配液体后,MNFBG反射波长的温度灵敏度为-50.3pm/℃。MNFBG特性与环境液体、温度和FBG的尺寸有关,通过有效控制相关因素可以实现FBG在更多领域的功能化应用。

机械微弯长周期光纤光栅的制备及其光学特性研究

利用两个交替放置的周期性刻槽板对单模光纤(SMF)施力,形成了机械微弯长周期光纤光栅(LPFG)。实验研究了LPFG的偏振相关损耗(PDL)、刻槽板空间周期和压力等参数对透射谱的影响。结果表明,压力可改变LPFG的透射谱特性,最大损耗峰值可达24.6dB;在1551.9nm处,LP13包层模的最大PDL约为7.42dB,谐振波长分离值约为1.9nm,优于采用类似法在边孔SMF里写入的LPFG。

机械微弯长周期光纤光栅矢量模耦合特性研究

针对机械微弯长周期光纤光栅的基模HE11到高阶纤芯矢量模式(TE01、TM01和HE21)的耦合特性,分析了阶跃型和反抛物线型两种少模光纤结构下机械微弯长周期光纤光栅的光栅周期、微弯幅度和耦合系数等参数对矢量模式耦合的影响。研究结果表明,耦合系数是模式耦合过程中的关键,通过施加压力改变光纤的微弯幅度可以有效调谐光栅矢量模式的耦合强度。基于反抛物线型光纤结构的机械微弯长周期光纤光栅可以特定波长激发特定的高阶矢量模式(TE01、TM01和HE21),并且由基模向高阶模式转换的谐振波长可调谐。该机械微弯长周期光纤光栅在矢量模式复用、轨道角动量的产生和复用领域有潜在的应用价值。

微纳光纤布拉格光栅折射率与浓度传感器研究进展

微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)的强倏逝场传输和波长选择的光学特性使MNFBG对周围介质折射率与浓度的变化具有较高的灵敏度和可靠性。阐述了MNFBG的制备方法,并分析了MNFBG折射率与浓度传感原理。对MNFBG应用于折射率与浓度传感的研究进展进行了综述。总结了提高MNFBG折射率与浓度传感灵敏度的方法,分析了目前MNFBG研究存在的问题,展望了MNFBG折射率与浓度传感器的发展方向。

Novel Tunable PMD Compensation Technology Using Linear Chirped Fiber Bragg Grating

Based on uniform fiber Bragg grating bonded with a magnetostrictive rod in the non-uniform magnetic field,a novel PMD compensation technique is proposed.This all-fiber PMD compensation technology is cost-effective and flexible in designing the differential group delay profile.

Micro-Structured Fiber Interferometer as Sensitive Temperature Sensor

We report on a fast and sensitive temperature sensor using a micro-structured or photonic crystal fiber interferometer with a high germanium doped fiber core. The wavelength sensitivity for temperature variation was as high as △λ/△T= 78 pm/℃ up to 500℃, which was 6 times more sensitive than the fiber Bragg grating temperature sensitivity of △λ/△TT= 13pm/℃ at 1550nm. The sensor device was investigated conceming the sensitivity characteristics and response time.