数字式磁光光纤电流计

设计了一种数字式磁光光纤电流计．该装置所运用的测量方法是电力系统中高压大电流测量技术的一个新方向，随着光纤技术和电子器件可靠性的发展，这一新型大电流检测技术可望得到推广使用．

基于光纤Sagnac干涉结构的磁光光纤费尔德常数测量

提出了一种基于光纤Sagnac干涉结构的磁光光纤费尔德(Verdet)常数测量方法。通过测量光纤Sagnac干涉结构的损耗及其所能达到的最小透射率,可计算光路中耦合器的分光比;进而根据Sagnac干涉结构的透射率随外加磁场的变化,确定光纤的等效Verdet常数值。使用该方法实验测量了高非线性光纤Verdet常数的波长依赖性,成为磁光四波混频效应研究中磁光耦合系数选择和波长设置的重要依据。

磁光光纤中光脉冲的非线性传播特性研究

根据光纤中磁光效应与非线性效应的微扰理论,推导了磁光光纤中光脉冲的非线性耦合模方程,比较了修正的分步傅里叶算法中磁光效应的时域和频域处理方案,表明了在步长足够小的情况下,两种方案的结果一致.分析了磁光效应、光纤非线性以及色散对光脉冲传输特性的影响,通过改变磁光耦合强度,不但可以灵活控制脉冲形状,还可以改变非线性引起的频率啁啾大小,有助于实现基于光脉冲展宽的动态整形功能.本文给出的理论分析方法,有助于开发可用于光纤通信、光纤传感等领域的基于非线性磁光光纤的新型磁光信息处理器件.

磁光光纤光栅滤波器的全光时钟提取性能研究

研究了磁光耦合强度对磁光光纤布喇格光栅中模式转换光反射光谱特性的影响.根据磁光耦合模理论并结合光纤布喇格光栅的传播特性,数值分析了磁光光纤布喇格光栅的磁控特性,得到了3dB带宽可调的滤波器.采用级联磁光光纤布喇格光栅构造磁控梳状滤波器,实现了40Gbps归零数据信号的全光时钟提取仿真,分析了时钟信号的抖动性能与磁光耦合参量的关系.

基于洛伦兹函数微扰的磁光光纤布喇格光栅线性透射谱和非线性双稳特性研究

基于非线性耦合模理论,利用逆向递推龙格-库塔法,数值研究了在磁光耦合系数中引入洛伦兹函数微扰后对磁光光纤布喇格光栅线性透射谱和非线性双稳特性的影响.研究结果表明:给磁光耦合系数引入洛伦兹微扰能在线性透射谱阻带中打开线宽极窄的一个透射窗口,微扰宽度和微扰中心位置可以影响透射窗口的位置、宽度以及峰值大小;当微扰宽度和微扰中心位置发生变化时,光栅的双稳特性表现出明显的差异,合理地选择微扰参量可以实现对其双稳特性的优化.

一种测量磁光光纤法拉第效应的新方法

原先测量法拉第旋转角主要是通过在第二个起偏器上固定一个旋转台,然后手动转动旋转台的方法实现;这种方法容易实现,但当法拉第旋转角很小时测量精度不够准确.提出一种测量磁场中磁光光纤法拉第效应的新方法,该方法用椭圆方程拟合从磁光光纤末端出射的偏振光,这种方法操作更加简单并且测量结果更加准确.给出了用该方法在不同磁场强度下对亚碲酸盐光纤的测量结果,测量结果表明该方法能够满足光纤存在线性双折射效应时对测量精度的要求.

磁光光纤Bragg光栅中圆偏振光的非线性传输特性

提出了磁光光纤Bragg光栅的理论模型,给出了圆偏振光在磁光光纤光栅中传播的非线性耦合模方程.研究表明,在磁光光纤Bragg光栅中,光栅引起正反传播方向的导波光发生耦合,法拉第效应引起磁圆双折射效应,而非线性效应则将左旋和右旋圆偏振光耦合在一起,它们的共同作用可使双稳态状态发生反转、非线性光控光开关阈值功率降低.与传统光纤光栅相比,利用左旋和右旋磁圆偏振光之间的交叉相位调制实现的脉冲整形具有磁光偏置可调特性,为基于磁光光纤光栅的动态灵活全光3R再生器的研制提供了理论基础.

椭圆双折射磁光光纤中导波光的非线性耦合模方程研究

根据磁光光纤的椭圆双折射特性,提出了导波光脉冲演化的本征型和非本征型非线性耦合模方程,分析了非线性效应和椭圆双折射对光脉冲传播行为的影响。通过分析光脉冲的自相位调制特性,得到了磁光光纤等效非线性系数与本征椭圆偏振光椭圆率的关系,磁光光纤中自相位调制引起的最大非线性相移会随着外加磁场的增加而减小,从而揭示了非线性光学器件的磁控机理。研究表明,本征型非线性耦合模方程对分步傅里叶算法的适应性最好;对于线偏振光入射情形,增加磁场有助于减弱光纤非线性的偏振依赖性。在光通信领域中,可应用于对光纤非线性效应的控制。

分段磁光光纤光栅的光谱特性研究

分段磁光光纤布拉格光栅(MFBG)是指在同一根磁光光纤上依次写入不同周期的光栅而形成的级联磁光光栅系统。根据均匀MFBG的耦合模理论,利用电磁场边界连续性条件,研究了分段MFBG中圆偏振光的光谱特性。研究表明,单段光栅时,圆偏振光在分段MFBG中的反射或透射光谱特性与均匀MFBG一致,理论计算的偏振相关损耗(PDL)变化曲线与实验结果基本吻合。两段或多段MFBG段级联时,分析了在外加磁场的控制下采用不同光栅周期的多段MFBG结构实现可调色散补偿、分布式磁场传感等光子信息处理的功能原理。

磁滞及磁饱和效应对磁光光纤传感器的影响

给出了ＩｎＢｉＣａＶＩＧ晶体的磁滞回线，详细分析了磁滞及磁饱和效应对磁光光纤传感器的影响。当所测磁场信号为交变量时，磁滞的影响主要是相位延迟，对幅度及频谱分布影响较小；饱和效应不仅使响应幅值减小，同时还导致明显的频谱变化。

有源光纤自相位调制再生器的磁控特性

利用有源非线性光纤的磁光效应可实现智能的光纤信息处理,完成光信号的同时放大和整形。根据导波光脉冲的磁光非线性耦合模方程,采用分步傅里叶算法计算了增益分布对自相位调制频谱展宽的影响,计算结果与Opti System仿真一致。研究表明,基于自相位调制的再生器输入饱和功率随增益泵浦功率、光纤长度以及铒离子浓度的适当增加而减小,从而提高再生器的饱和增益。在有源非线性光纤轴向施加磁场,可提高再生器输入"传号"光脉冲的幅度抖动容限,还可以通过调节磁场改变自相位调制频谱展宽的大小,使再生器的功率转移函数与输入劣化信号特性灵活匹配。

磁光玻璃光纤的偏振特性及其在全光纤电流传感器中的应用

在磁光玻璃裸光纤偏振特性研究的基础上,研制磁光玻璃光纤,偏振特性及其在全光纤电流传感器中的应用。将采用模管法拉制成的磁光玻璃光纤置于亥姆霍兹线圈产生的磁场中,当线偏振光通过该光纤时,其偏振面旋转一定角度,把该角度转换成光信号的强度,然后再用仪器进行检测。通过对线偏振光偏振面在磁场中的偏振特性的测试与实验,提出用磁光玻璃光纤构成的全光纤电流传感器,可用于电流和磁场测试。

磁光非线性光纤中光参量增益的研究

将光纤中磁光效应和非线性效应作为微扰,推导了磁光四波混频的耦合模方程.通过解析解研究了各向同性磁光非线性光纤的参量过程,并指出利用磁光耦合系数的色散特性可以实现四波混频的相位匹配.同时,采用龙格-库塔法分析了在线双折射磁光非线性光纤中,忽略费尔德常量的波长依赖性时,左旋圆偏振光参量增益的磁控特性,指出了实验中采用较高费尔德常量的非线性光纤的必要性.研究表明:1)对于低线双折射磁光非线性光纤,优化双折射大小可以获得最大的参量增益;2)根据参量增益对磁光耦合系数的单调依赖特性,适当选择光纤长度、泵浦功率以及输入导波光的偏振态,可使参量增益的磁可调范围大大提高.

磁光光纤光栅法布里-珀罗腔的光谱可调性研究

利用传输矩阵法分析了磁光效应和光栅折射率初始相位对磁光光纤布拉格光栅(MFBG)-法布里-珀罗(FP)光谱特性的影响。通过调节外加磁场的大小及方向,能实现MFBG-FP的可调滤波特性,并能控制甚至抵消光栅折射率初始相位差引起的透射峰平移。对于高光栅反射率的MFBG-FP,透射峰位置和波长间隔可由其有效腔长以及等效磁光耦合系数来解析表达。MFBG-FP的磁可调能力会随着FP腔与MFBG的磁光耦合系数比的增加而增强,磁光耦合系数比大于1的MFBG-FP结构的磁可调特性优于相应的MFBG结构。

磁光光纤大电流传感器

研制的磁光光纤大电流传感器在1～8kA测量范围内具有±0.5％的线性和±0.5％的重复性。该传感器能耐压300kV以上。方形闭环结构是实用化的电流传感头。

全光纤型磁光开关的设计

光开关是全光网络中的关键器件,主要用来实现光层的路由选择、波长选择和光交叉连接等功能。研制一种利用法拉第效应、光纤型偏振分/合束器、磁光晶体光纤高速磁场控制技术的全光纤磁光开关。这种微型的磁光开关具有开关速度快、结构简单、柔韧可弯曲和易于集成等特点。

非均匀磁光光栅干涉结构的磁场灵敏性

根据分段均匀模型分析了非均匀磁光光纤光栅(MFBG)与相应非磁性光栅的等效性,从而可直接利用OptiSystem仿真软件研究非均匀MFBG的光谱特性。在此基础上,深入研究了基于非均匀MFBG的Michelson干涉结构,分析了相位补偿法用于磁场测量的工作原理。仿真结果表明,线性啁啾MFBG的磁场灵敏性高于均匀和切趾MFBG的情形;优化MFBG的线性啁啾系数,可有效提高磁场灵敏度。所给出的OptiSystem仿真模型不但有助于Michelson干涉结构的设计,而且可以用于分析Mach-Zehnder干涉磁场的灵敏性。

基于波分复用光纤网络的大电流实时监控系统设计(英文)

设计一种基于输电母线电流法拉第效应的磁光光纤电流传感系统。在需要实时监控的节点上放置传感器模块,并且利用波分复用光纤网络技术从各节点处传输实时数据至中央计算机,构成分布式光纤电流监控系统。

基于激光拍频测量温度和旋光角的方法研究

提出了两种基于拍频技术的分别测量温度和旋光角的光纤光路结构方法,利用错位光纤传感拍频实现了温度测量,利用磁光光纤传感拍频实现了对旋光角的测量。拍频技术是一种不易受系统损耗和光源波动影响的光纤传感测量系统解调方案,通过光纤光栅、掺铒光纤、错位光纤、磁光光纤和环形器组成光纤激光谐振腔产生激光拍频,分析不同温度和不同磁场下输出的激光拍频变化量,研究得到温度和旋光传感系统的性能。测温实验结果表明,在温度从20℃变化到100℃的范围内,拍频变化量的温度灵敏度为-39.125kHz/℃,拍频随温度升高而线性减小,其线性拟合度为0.994 07。室温条件下电流为5A时,旋光测量输出拍频为13.375 MHz;同时仿真结果表明,在旋光角变化为0°到90°范围内,拍频变化量的旋光角灵敏度为1.77 MHz/°。研究证明,基于错位光纤和旋光光纤的拍频测量结构用于光纤传感测量系统,具有高分辨率,高灵敏度,低成本且性能稳定的优势。

利用磁光玻璃光纤测大电流的光纤电流传感器的设计

介绍利用磁光玻璃法拉第效应测量大电流的方法，选用ZF1磁光玻璃直接拉锥成光纤作为传感器的探头，利用保偏光纤作为传导光路介质，根据法拉第效应，偏振光在磁场中偏振面的改变角α＝V·D·B，V和D为已知，可得磁感应强度B，再利用通电直导线电流与它周围磁场的关系可测得大电流。