基于光纤光栅的多点拉锥光纤柔性曲率传感器

针对现有曲率传感器存在制造工艺繁琐、成本较高的问题,提出了一种基于光纤光栅的反射式拉锥光纤柔性曲率传感器,通过将单模拉锥光纤植入聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)材料中实现对曲率的柔性传感,同时,利用光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)的波分复用特性,将其与多个拉锥光纤曲率传感器级联,实现了多点拉锥光纤柔性曲率传感,可同时感知多点的曲率信息。实验结果表明,薄膜状的PDMS柔弹性良好,拉锥光纤与PDMS膜能同步弯曲,弯曲灵敏度约为0.59348-0.60696 dB/m^(-1)。基于FBG的多点拉锥光纤柔性曲率传感还具有较好的抗串扰能力。进一步地,使用该柔性传感器对喉咙处及手腕处的人体活动监测进行了应用研究,结果表明该传感器不但能检测到人体微小的肌肉变化,也能检测到幅度较大的动作,在人体活动监测领域具有良好的发展前景。

拉锥空心光纤的温度与应力传感特性研究

该文设计并制作了一款简易的拉锥空心光纤的高灵敏度传感器,通过实验测量了其温度与应力特性。首先利用光纤熔接机在两段标准单模光纤之间熔接一段空心光纤,再对准空心光纤中间位置进行放电,同时运用两个步进电机在单模光纤两端施加一定的拉力,这导致法布里-珀罗干涉仪转换为马赫-曾德尔干涉仪。实验结果表明,此拉锥过程使光纤传感器的温度灵敏度从理论值0.85 pm/℃提升到69.1 pm/℃,约提升了81.3倍,轴向应变灵敏度最高可达3.6 pm/με。该器件具有体积小、结构简单和灵敏度高等特点,在航空航天、医疗监测等领域具有广阔的应用前景。

基于拉锥细芯光纤的双参量同时测量传感器

该文研制了一种基于拉锥细芯光纤、可同时测量折射率与应变的传感器。传感器结构为“单模光纤-多模光纤-锥形细芯光纤-多模光纤-单模光纤”,由于细芯光纤中部腰锥尺寸变小,构成马赫-曾德尔干涉仪。实验结果表明,传感器透射谱线谐振峰或谐振谷的中心波长与环境折射率和轴向应变之间均有良好的线性关系,折射率灵敏度最高可达-38.677 nm/RIU,轴向应变灵敏度最高为-4.4 pm/με,取两个谐振峰或谐振谷构建矩阵,消除两物理量之间的交叉敏感,能够实现双参量同时测量。该传感器制作简单,成本低,鲁棒性优良,在折射率与轴向应变传感领域有一定的应用价值。

利用普通熔融拉锥机实现光子晶体光纤拉锥

光子晶体光纤的拉锥是实现光子晶体光纤潜在应用价值的重要技术手段。通过优化普通光纤拉锥机的参数,利用"快速低温"拉锥法有效控制了光子晶体光纤空气孔的相对塌缩。实验中实现了两种不同光子晶体光纤的拉锥,光纤外径分别从原来的125μm拉锥到50μm和30μm,光纤的孔直径和孔间距之比基本保持不变,拉锥损耗小于0.4 dB。基于普通熔融拉锥机的光子晶体光纤低损耗拉锥为光纤器件的制作奠定了基础。

熔融拉锥型光纤耦合器实验研究

根据光纤的消逝场耦合模理论,论述了熔融拉锥型光纤耦合器的工作原理;以六轴型熔融拉锥机为实验平台,研究了熔融拉锥法制作3 dB单模光纤耦合器的过程;分析了拉伸速度与附加损耗及损耗偏差的关系,发现拉伸速度为150μm/s时,耦合器的性能达到最优;此外,利用光学测试系统测试了光纤耦合器的插入损耗、附加损耗、方向性与均匀性等光谱特性参数。研究结果表明,所得实验结果与耦合理论分析结果吻合,说明该方法具有制作过程简单、附加损耗低、环境稳定以及成本低廉等优点。

基于光纤拉锥及相位调制的可切换多波长掺铒光纤激光器(英文)

研究了一种全光纤可切换多波长掺铒光纤激光器。该激光器利用一段缠绕在压电陶瓷上的单模光纤作为正弦相位调制器以及基于光纤拉锥的马赫-曾德尔干涉仪作为梳状滤波器,抑制由于掺铒光纤的均匀展宽效应引起的模式竞争,从而避免了在室温下不稳定的单波长激射,实现了多波长掺铒光纤激光器的稳定输出。实验中观察到稳定的5个波长的同时激射,相邻波长间隔为0.804 nm。信噪比大于40 dB,3 dB带宽约为0.023 nm,中心5个波长输出功率的平坦度为14 dB。同时,激光器具有灵活的波长可切换特性,通过调整驱动信号和偏振控制器的状态,实现了单波长、双波长、三波长以及更多波长的输出。该激光器可应用于大容量波分复用系统和光纤传感。

拉锥光纤表面等离子共振氢敏感分析

研究了拉锥光纤表面等离子共振氢敏感机理、构建及应用.在分析光纤圆弧表面生长Pd膜的氢敏感原理的基础上,建立了拉锥光纤均匀段直径处生长Pd膜的氢敏感模型,为了提高拉锥光纤表面等离子共振氢敏感信号响应幅度和分辨率,优化了氢敏感区的Pd膜长度.计算表明,若光纤拉锥后包层(包括纤芯)直径为100 nm,Pd膜的厚度为20 nm,入射光波长为632.8 nm,则灵敏度最大的作用区长度为1.6μm.对于G652光纤拉锥氢敏传感器,若均匀段直径为40μm,则高灵敏度的作用区长度为10 mm.

光纤耦合器熔融拉锥粘弹性建模与分析

根据热粘弹流变理论和时温等效原理,以广义Maxwell模型模拟高温下熔融光纤玻璃的粘弹特性,建立了光纤耦合器熔融拉锥过程热粘弹数值分析模型;采用热电偶和电位差计测定了气体火焰的温度;并以此温度场作为边界条件,结合有限元软件对光纤耦合器熔融拉锥过程进行热瞬态数值分析,得到了光纤耦合器在熔融拉伸过程中的应力应变场。实验结果表明:当最高温度为1 171℃,拉伸速度为0.15μm/s时,最大拉应力为20.0 MPa;光纤内部的最大等效应力与拉锥速度呈正比,且在拉伸的过程进行大约0.4 s后光纤内部应力达到稳定。

熔融拉锥技术在光纤耦合传输中的应用

为了实现光纤激光器和放大器系统中不同参量光纤的低损耦合,采用光纤拉锥方法来实现光纤连接。经过理论分析,在大数值孔径光纤传输到小数值孔径光纤时,采用光纤拉锥技术可以有效地提高传输功率。采用改造的大模光纤熔接机进行拉锥实验研究,精确控制拉锥时间、放电功率、步进量和步进速率可以获得不同的拉锥形状。采用光纤拉锥元件对标准单模光纤和大模场光纤进行耦合实验,得到纤芯内传输的耦合输出效率由之前的50%提高到85%,获得了低损连接效果。结果表明,熔融拉锥技术为不同光纤之间的耦合提供了一种简单实用的方式。

光子晶体光纤的空气孔膨胀和拉锥技术研究

光子晶体光纤的空气孔膨胀和拉锥技术是一种有效的改变光纤结构参数的技术手段。空气孔膨胀可以改变空气孔的填充比例,即改变空气孔直径和孔间距的大小,光纤拉锥可在保持空气孔直径和孔间距比例不变的情况下改变纤芯的大小。光子晶体光纤结构参数的可控性改变可实现一些特殊光子晶体光纤器件的制作,对进一步实现和挖掘光子晶体光纤的潜在应用价值具有重要的意义。

光纤熔融拉锥中拉力控制方法与电磁力仿真

针对保偏光纤耦合器熔融拉锥制造过程中拉力控制问题,提出一种新的计算机在线拉力控制方法.拉力控制系统由计算机、拉伸机构、圆光栅及控制电路组成,通过检测光纤支架的旋转角度、改变线圈中的电流,控制永磁铁与线圈间的电磁力,实现对拉伸力的实时控制.分析电磁力和拉力的关系,建立永磁铁和线圈的三维有限元模型,确定永磁铁的运动轨迹,并对通电线圈的磁场分布和电磁力进行仿真,得到线圈中的电流、支架旋转角度和拉力的关系式.仿真结果表明拉力控制良好,控制误差约为1.03%.

聚合物光纤热预拉锥工艺实验研究

文中研究了重力垂直熔融拉锥法中不同温度、不同拉伸力工艺条件对聚合物光纤热预拉锥特性的影响。实验表明:加热区中心温度为214℃附近和拉伸力为1.40g左右时,PMMA聚合物光纤拉伸过程容易控制,并且具有良好的光学质量。

拉锥光纤与超连续谱的产生

目的研究超连续谱的形成与拉锥光纤及超短脉冲参数之间的关系。方法实验结果与理论分析相结合。结果在不同群速度色散和非线性光学效应的共同作用下,实验和理论上较为一致地得到不同程度展宽的超连续谱脉冲。结论拉锥光纤及超短脉冲参数对超连续谱宽度产生极大的影响。

熔融拉锥工艺参数的优化及其系统实现

分析了熔融拉锥过程的关键工艺参数,指出该过程是一个高度非线性、多变量耦合作用的复杂过程。建立了BP人工神经网络模型并通过程序实现了工艺参数的初选。在此基础上构造的知识库和推理机最终实现了人工神经网络和专家系统的结合。通过该专家系统制作的耦合器实验说明,该系统能够较好地完成工艺参数的优化并实现耦合器制作的自动控制。

对称熔融拉锥型光纤光栅温度和应力传感特性

锥形结构的光纤光栅具有对应力敏感而对温度不敏感的特性,这可以有效抑制温度与应力的交叉敏感问题.提出一种利用熔融拉锥技术实现对称双锥形结构的光纤光栅,结合传输矩阵法建立其传感特性理论模型并加以分析.首先研究影响啁啾系数变化的因素,得到啁啾系数与光栅长度变化量的关系;其次对对称熔融拉锥型光纤光栅的光谱特性进行分析,讨论光谱短波长处出现密集调制现象的成因;然后仿真研究温度和应力对对称熔融拉锥型光纤光栅的反射谱影响,得到对应的中心波长和光谱宽度的变化关系.并针对应力灵敏度较低问题,提出聚合物涂覆锥区增大传感锥区光纤半径差而进行增敏的方案,利用熔融拉锥法制备对称熔融型光纤光栅,通过实验验证理论仿真的正确性,对称熔融拉锥型光纤光栅应力灵敏度为0.11391 nm/N.研究表明,对称熔融拉锥型光纤光栅的啁啾系数与光栅长度变化量满足线性关系.对称熔融拉锥型光纤光栅端处光栅周期较小,且反射率小于1,左边透射光与右边反射光会产生干涉,因此光谱短波长处会出现密集调制现象.随着轴向应力的增大,光栅反射中心波长向长波方向移动,光谱宽度变大,且两者与轴向应力均满足线性关系;随着温度升高,反射谱峰中心波长向长波方向移动,满足线性关系,而温度对光谱宽度的影响可忽略不计.通过增大传感锥区光纤光栅半径差,光纤光栅的应力灵敏度较之前提高了数百倍,并且增大光栅长度变化量有助于进一步提高应力灵敏度.对称熔融拉锥型光纤光栅的光谱宽度只对应力敏感而对温度不敏感,这一特性可用于实现温度与应力双参量测量.

光纤熔融拉锥的形状函数

根据体积守恒条件导出光纤熔融拉锥形状函数的微分方程,并由边界条件和有效熔融区长度参量获得方程显解.该解析解能方便、精确和完整地描述不同熔融拉伸过程中光纤锥形的动态变化,以图表形式提供的大量实验数据表明,实验结果与理论计算相当吻合.最后,在已知初始熔融区长度的情况下,该解可以预知在任意拉伸长度下熔融拉锥光纤锥区的直径分布.

1310/1550nm熔融拉锥型WDM的研究

介绍了一种以熔融拉锥法制作1 310/1 550 nm WDM的方法。根据光纤耦合机理,从理论上得出了耦合率与拉伸长度之间的关系,并研究了熔融拉锥型1 310/1 550 nm WDM的设计与制作方法。通过大量实验得出,当拉伸长度大约为9.7mm时,可以达到1 310 nm和1 550 nm两个波长波分复用的目的。拉锥参数设置对器件的性能至关重要。主要分析了拉伸速率对损耗的影响。实验得出,当拉伸速度为150μm/s左右时,损耗相对较小。

熔融拉锥过程中熔锥形状特性的研究

为了便于精确控制熔锥光纤的形状,基于理论与实验研究,首先建立了熔融拉锥过程中熔锥光纤的成形模型,分析了熔锥形成的基本原理,并分别对加热区域不变及线性变化两种情况下熔锥形状进行理论分析,确定了加热区域长度、拉锥距离与熔锥过渡区形状、锥腰长度及半径的关系,最后给出了一系列熔锥光纤的理论形状和实验得到的实际形状。实验结果表明,熔锥的实际测量值与理论值十分接近,相对误差<3.89%。

拉锥光纤耦合的光放大器组件光损耗分析

介绍了拉锥光纤耦合的SOA组件的结构特点 ,并针对该结构计算分析了光耦合损耗的最小值 .为了进一步减小SOA组件的光耦合损耗 ,提出了不对称形式的拉锥光纤耦合的SOA组件结构 .这在原有的制作工艺技术条件下 ,可以将整个组件的光耦合损耗降低 1dB .

熔融拉锥过程中的偏振调制效应及应用

对光纤熔锥耦合器拉制过程中的偏振调制效应作了定性的理论分析,耦合区内的几何双折射和应力双折射导致的对称模和反对称模在x偏振方向和y偏振方向上的传播常数差不一致,从而引起两个方向的偏振光耦合的空间周期不同,存在相位差别,当相差正好达到π时实现偏振分离．在此基础上制作了熔锥型偏振分束器,消光比达到了16．5 dB．