空芯光子晶体光纤损耗的研究

为了研究反共振纤芯壁对空芯光子晶体光纤限制损耗和散射损耗的影响,利用全矢量有限元法对所设计的具有不同纤芯壁和纤芯半径的空芯光子晶体光纤进行仿真,得到了3种纤芯壁在不同纤芯半径时的有效折射率、限制损耗和芯内功率分数随波长变化的曲线。由数值模拟结果可知,纤芯壁采用T=3的环形反共振层和椭圆反共振层设计时,限制损耗降低了约两个数量级,芯内功率分数在通信波段提高了13%。结果表明,这两种设计可以有效降低空芯光子晶体光纤的限制损耗和散射损耗。

空芯光子晶体光纤磁敏感性研究

空芯光子晶体光纤是一种新型的陀螺用光纤,较传统光纤具有良好的抗磁性,光纤的磁敏感性是由光纤的Verdet常数来表征的。为研究空芯光子晶体光纤的磁敏感性,利用Comsol软件对HC-1550-2空芯光子晶体光纤的Verdet常数进行仿真计算,选用含有法拉第旋转反射镜(FRM)的反射式双光路测量方案对空芯光子晶体光纤的Verdet常数进行实验测量。双光路测量系统中的FRM可以消除被测光纤中线性双折射对测量的影响。仿真与测量结果相吻合,且由结果可知空芯光子晶体光纤的Verdet常数约为传统光纤的1/100倍,验证了空芯光子晶体光纤在陀螺降低磁敏感性方面的优势。

一种基于空芯光子晶体光纤的气体检测装置研究

光谱分析技术在大气污染检测领域具有广泛的应用前景。文章从吸收光谱的测量原理出发,提出一种基于空芯光子晶体光纤的气体检测装置实验方案,通过对不同浓度的甲醇和三氯乙烯样品进行测量,并根据3标准对测量结果进行分析,发现系统对甲醇和三氯乙烯的检测灵敏度可以达到ppmv量级。

Kagome结构空芯光子晶体光纤纤芯参数对传输特性的影响

应用全矢量有限元方法,研究大间距Kagome结构空芯光子晶体光纤中纤芯的大小、形状与壁厚对光纤传输损耗谱的影响。结果表明,某些纤芯尺寸会造成包层中的结构缺陷,易使纤芯基模、表面模及包层模之间发生能量耦合,产生较大损耗。而纤芯形状与壁厚的改变会引起表面模式的变化,从而影响发生在基模与表面模之间反向耦合的位置和强度,使光纤传输频带变窄和损耗变大。据此,提出Kagome结构光纤的纤芯设计思路,即纤芯的大小应使包层保持完整的微结构,纤芯形状应与包层中的单元微结构相楔合,纤芯壁厚应与包层中玻璃支柱的宽度相同。

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。

空芯光子晶体光纤中光子带隙的测量

利用全矢量法对空芯光子晶体光纤的光子带隙的存在进行了数值模拟,并通过实验进行了证实。采用透射谱的方法对带隙型光子晶体光纤分别在可见光以及近红外波段进行了测量,光从光纤的一端注入,探测器从另一端接收,实验结果发现可见光附近没有明显的透射带,而在波长为2591nm处出现了一个很强的透射带,证明了光子带隙的存在,与理论模拟相一致,实验的重复性好。

空芯光子晶体光纤的塌缩及选择性液体填充

研究了一种空芯光子晶体光纤(HC-PCF)的微孔塌缩特性,所用设备为传统光纤熔接机,对塌缩后的光纤实现了液体的选择性填充。并通过有限元法仿真分析了该空芯光纤在液体填充前后的基本参数:有效折射率、模场有效面积、数值孔径。通过仿真对比发现空芯光纤在中心孔选择性液体填充后非线性效应增大;通过实验得出了最佳光纤塌缩参数为光纤端面距离放电中心距离为50μm,放电时间800ms,放电强度为15.5mA。

基于空芯光子晶体光纤的反射式气体传感器

以光子晶体光纤(PCF)为研究对象,以提高气体测量灵敏度为研究目标,提出一种反射式的光纤气体传感技术.首先,利用宽谱光源谐波检测技术,并结合实际应用需求,设计了基于空芯PCF的反射式气体传感系统,并详细分析了系统的工作原理.然后,针对空芯PCF与单模光纤耦合困难、气体填充时间长的问题,设计了集密封、固定及连接于一体的机械耦合装置作为测量气室.最后,以乙炔气体为例,测试了该系统的传感特性,体积分数分辨力可达0.02%,最大相对误差为1.39%.该技术将进一步推动PCF在气体传感中的应用,并为其在实际气体浓度测量中的应用提供了理论和实验基础.

空芯光子晶体光纤研究新进展

空芯光子晶体光纤(HC—PCF)是新近发展起来的新一代特种光纤,具有奇特的基于光子带隙效应的导波机制与传输特性,在光波传输与控制、光信息操作与处理以及新型光子器件等领域都具有重要应用．综合评述了有关HC—PCF研究的最新进展,包括HC—PCF的模式传输、损耗机制、色散和非线性等基本特性,以及HC-PCF在高能光波光纤传输、超短光脉冲的色散与非线性传输控制、光与物质非线性相互作用、新型光信息传输功能器件等方面的应用。

空芯光子晶体光纤的纤芯设计及特性研究

为了研究纤芯形状和大小对光纤特性的影响,设计了2种纤芯形状的7芯空芯光子晶体光纤(HC-PCFs),并与传统的十二边形纤芯的HC-PCFs进行了对比.运用有限元法进行仿真计算,结果表明:内凹圆化型纤芯的HCPCF比普通十二边形的HC-PCF具有更低的泄漏损耗和波导色散,而内凹直线型纤芯的HC-PCF具有特别的波导色散特性,新设计的纤芯结构未来可用于大容量光通信、光孤子传输以及色散补偿中.

方形空芯光子晶体光纤的特性分析

利用全矢量有限元法,分析了方形空芯光子晶体光纤的色散特性、纤芯内的能量分布和有效模面积。结果表明,方形空芯光子晶体光纤在1.67～1.81μm范围内具有较平坦的色散特性,较高的能量分布和较大的有效模面积,为进一步设计具有平坦色散和大模场面积的方形空芯光子晶体光纤提供了理论依据和参考。

纳米掺杂空芯光子晶体光纤传感器的特性分析

基于现有Comsol Muhiphysics软件,分析了圆形掺杂空芯光子晶体光纤的损耗特性随小孔孔径变化以及所掺物质改变时变化曲线,结果表明,圆形掺杂空芯光子晶体光纤入射波长在900nm至1000nm及1300nm与1480nm范围内具有较好的损耗特性,为进一步探讨掺杂空芯光子晶体光纤的传输特性提供了理论依据和参考.

空芯光子晶体光纤导波模式特性分析

采用平面波展开法研究了空芯光子晶体光纤(HC-PCF)的导波模式特性。结果表明,在包层带隙范围内,当导波模的纵向相位传播常数k_s满足一定条件时,才能在HC-PCF纤芯中形成稳定的基模传输;并且,纤芯基模的模场分布与光波长有关,当光波长位于纤芯基模传输曲线中央时,光波能量被很好地约束在纤芯中,而当光波长位于纤芯基模传输曲线的上下边沿时,光波能量将向包层中漏泄。

一种单偏振低噪声谐振式空芯光子晶体光纤陀螺

针对小型化惯性测量单元的需求,提出了一种将空芯光子晶体光纤环与退火质子交换铌酸锂波导耦合器对准耦合的谐振腔设计方案,凭借退火质子交换铌酸锂波导的强起偏能力和空芯光子晶体光纤的优良特性,该谐振腔具有单偏振、低噪声、小体积等优势。针对传统铌酸锂波导与光纤对准耦合损耗较大的问题,提出使用离子注入和键合技术在波导上表面覆盖一层铌酸锂材料,从而改善波导的模场分布,减小耦合损耗。利用时域有限差分数值分析方法建立波导和光纤的模型,对耦合效率进行了仿真分析,探讨了波导结构、工艺参数的影响,经过优化设计,可以将空芯光子晶体光纤与铌酸锂波导的耦合损耗减小至0.39 dB。为谐振式空芯光子晶体光纤陀螺的发展提供了一种思路。

空芯光子晶体光纤与单模光纤耦合优化及在拉曼气体检测中的应用（英文）

分析了由菲涅尔反射、中心点偏移引起的耦合损耗.提出了一种新的方法——用T型金属管作为光子晶体光纤和单模光纤的连接器.计算了从单模光纤到光子晶体光纤方向以及从光子晶体光纤到单模光纤方向的最佳耦合距离,分别为15μm和25μm,实验证明了结论的可靠性.与传统的检测方法相比,采用光子晶体光纤的检测方法使得拉曼信号得到明显增强.以氮气为背景气,采用氧气肯定了光子晶体光纤同拉曼检测技术相结合后在气体检测方向的应用前景.

基于LabVIEW的空芯光子晶体光纤CO_2气体检测系统

为了实现全光纤型高灵敏度气体在线检测系统,以空芯光子晶体光纤为传感气室,利用CO_2气体分子在1 572.48 nm附近吸收谱以及虚拟仪器LabVIEW平台搭建了双光路差分CO_2气体近红外检测实验系统。实验中所用空芯光子晶体光纤长度为1.8 m,通过对其两端同时充气,提高了系统响应速度,0.1 MPa下充气过程仅需100 s左右。以标准浓度CO_2气体对该系统进行了标定,并对浓度2%、5%、10%和100%的CO_2气体进行了测量,结果表明100 min内浓度检测相对误差不超过2%,标准差最大3.32%。气体吸收光程为1.8 m,系统检测灵敏度达到5.981 8×10^(-5)μW/ppm。

一种差动型谐振式空芯光子晶体光纤陀螺方案的设计与实现

结合当前激光光源与光纤元器件发展现状,提出一种差动型谐振式光纤陀螺方案。该方案采用三束窄线宽激光注入空芯光子晶体光纤构成的谐振腔,基于三频差动的信号检测原理进行陀螺信号的检测,以降低光纤环的环境敏感性和背向散射噪声,遏制双路陀螺共模噪声,增大陀螺敏感转速信号,提高系统检测灵敏度。通过对差动型谐振式空芯光子晶体光纤陀螺工作原理与精度分析,确定陀螺中谐振腔、光源以及检测控制系统的设计要求,结合关键技术研究,实现硅基自由光学耦合谐振腔首轮样机。差动谐振式光纤陀螺样机尺寸为Ф48 mm×25 mm,基于光纤准直器的谐振腔实现精细度32,样机常温静态下零偏稳定性达到1°/h。该方案的提出及实现,为谐振式光纤陀螺奠定了高精度和小型化的基础,具有极大的工程化应用潜力。

基于空芯光子晶体光纤的光学陀螺仪研究进展

相比较普通光纤,使用空芯光子晶体光纤(hollow core photonic crystal fiber,HC-PCF)能解决光纤陀螺仪(FiberOptic Gyroscope,FOG)在热真空和辐照环境下温度稳定性、磁敏感性和噪声等问题,在提高陀螺仪精度方面具备较大优势。论文介绍了HC-PCF的基本结构及FOG工作的基本原理,比较了HC-PCF和普通光纤对光学陀螺仪的性能影响。描述了HC-PCF-FOG的发展过程并对未来发展进行了展望,为该新型光学陀螺技术的进一步研究提供指导。

全光纤型空芯光子晶体光纤高压气体腔

通过气体填充和泄漏实验,结合微管管流理论,研究了空芯光子晶体光纤(HC-PCF)高压气体填充和泄漏特性。结果表明,空芯光子晶体光纤的气体填充过程缓慢,减小出口密封腔体积可有效缩短充气时间。当将空芯光子晶体光纤一端与单模光纤(SMF)熔接后再进行氮气填充,对于3.03×106Pa填充气压,在4 h内,9 m长的空芯光子晶体光纤内部气压将达到平衡。实验测量了该9 m长,3.03×106Pa的充氮空芯光子晶体光纤单端泄漏速度随时间的演变特性,给出了一种制作全光纤型空芯光子晶体光纤高压气体腔的方案,并指出测量的单端气体泄漏速度随时间变化关系可用来评估最终腔压。在此基础上,制作了空芯光子晶体光纤高压气体腔,腔压为1.73×106Pa,光损耗为9.3 dB。

空芯光子晶体光纤光子带隙的测量与数值模拟

用全矢量平面波法计算三角结构光子晶体光纤的带隙.用透射法测量了自制的空芯光子晶体光纤的透射谱,得到了它在可见光波段透射强度与波长的关系,并在随后的实验中观测到了传光的模场图.通过理论模拟了实验所用的空芯光子晶体光纤的带隙图,与实验结果具有较好的一致性.