薄包层啁啾长周期光纤光栅的色散补偿

为了提高啁啾长周期光纤光栅(LPFG)光纤通信的色散补偿能力,提出了利用薄包层啁啾LPFG进行色散补偿的方法。首行介绍了根据传输信号确定啁啾LPFG的啁啾系数、光栅长度等参数的方法。然后利用上述方法设计了对光纤中传输的中心波长为1550 nm。带宽为0.2 nm的信号进行色散补偿的薄包层啁啾LPFG。利用耦合模理论及传输矩阵法计算了约1 m长的此种啁啾LPFG的色散,结果表明可以补偿该光信号通过46 km光纤所产生的色散。进一步分析了切趾函数、啁啾系数、交叉耦合系数等参数对薄包层啁啾LPFG色散的影响。

长周期啁啾光纤光栅级联作为波分复用隔离滤波器的数值研究

用矩阵传输法对长周期啁啾光纤光栅用于波分复用隔离滤波器的特性进行了分析,讨论了设计该类型高性能的波分复用隔离滤波器的关键技术,给出了仿真结果,表明该类型滤波器具有大的可用带宽、频率等间隔、隔离度高和通带内的色散可以忽略等优点。

薄包层长周期光纤光栅薄膜传感器特性研究

基于薄膜参量变化引起的长周期光纤光栅模式重组机制,系统研究了光纤包层半径变化对长周期光纤光栅薄膜传感器特性的影响.结果表明,在相同薄膜参量下包层半径的减小可有效提高传感器的灵敏度,并增大传感器对薄膜参量变化响应的动态范围,但减小包层半径对传感器的增敏效应随薄膜厚度的增大而减小.通过氢氟酸腐蚀减小包层半径,采用静电自组装法在包层表面镀制PAH/PAA薄膜,镀膜过程中光纤光栅输出的光谱数据证实了理论分析结果.实验结果表明:半径为39μm、膜厚为424nm的长周期光纤光栅薄膜传感器在溶液pH值检测中的灵敏度达3.93nm/pHU,比标准包层时的灵敏度提高了1倍.

啁啾的长周期光纤光栅的透射谱特性

研究了线性啁啾长周期光纤光栅的交叉耦合常数以及高阶二次方啁啾对光纤光栅滤波器的影响 .研究发现 ,因交叉耦合常数的不同 ,滤波器可以是带通、带阻、或是部分带通带阻的 .高阶二次方啁啾对长周期光纤光栅滤波器的影响不仅表现在滤波器透射率的变化 。

薄包层长周期光纤光栅的折射率传感特性

长周期光纤光栅(LPFG)可用于折射率传感,同时利用折射变化可以实现谐振波长的调谐。不同的光纤包层半径和光栅周期对折射率灵敏度有较大影响,利用光波导的耦合模理论分析了LPFG的折射率传感特性,给出LPFG的折射率灵敏度的解析表达式,给出了利用不同包层模时的折射率灵敏度。利用三层介质光纤的纤芯模本征方程计算了薄包层LPFG的折射率灵敏度。结果表明,基于不同包层模的LPFG的谐振波长随折射率的变化有红移,也有兰移;基于低阶模序包层模的LPFG,折射率灵敏度较小,中间模序最大,而高阶模序则较大,薄包层LPFG对折射率具有更大的灵敏度。

线性啁啾长周期光纤光栅用作EDFA增益平坦滤波器的理论研究

提出用具有特定折射率调制包络的线性啁啾长周期光纤光栅作为掺铒光纤放大器(EDFA)的增益平坦滤波器.采用龙格库塔迭代法数值求解该类型光栅耦合模方程,就特定的掺铒光纤放大器增益谱,用Nelder-Mead优化算法对光栅结构参量(光栅长度、周期、线性啁啾系数、折射率调制包络的形状等)进行优化,设计出能在C波段35nm带宽范围内对掺铒光纤放大器进行平坦化(增益起伏在±0.5dB之内)的平坦滤波器.

线性啁啾长周期莫尔光纤光栅的理论研究

以经典耦合模理论为基础,结合线性啁啾长周期莫尔光纤光栅的结构特性,给出了线性啁啾长周期莫尔光纤光栅的耦合系数和耦合模方程,并用龙格库塔迭代法数值求解耦合模方程,对该类型光栅的光谱特性和时延特性进行了理论分析。分析结果表明,线性啁啾长周期莫尔光纤光栅的相移特性和切趾特性,使得该类型光栅在波分复用全光网中有着很好的应用前景,如可用作宽阻带带阻滤波器、宽阻带梳状滤波器、色散补偿器等。

纯切趾线性啁啾长周期光纤光栅的研究

为进一步拓宽长周期光纤光栅在光通信领域中的应用,在长周期光纤光栅中引入纯切趾包络和线性啁啾,构成光谱特性更为丰富的纯切趾线性啁啾长周期光纤光栅。采用耦合模理论,对纯切趾线性啁啾长周期光纤光栅中的模式耦合特性进行了研究,给出了纯切趾线性啁啾长周期光纤光栅的耦合系数和耦合模方程。在此基础上,详细研究了啁啾和切趾对长周期光纤光栅光谱特性的影响,讨论了纯切趾长周期光纤光栅用作色散补偿器的结构特性和色散补偿机制。最后,设计出一种采用两个相同光栅对称级联的基于纯切趾线性啁啾长周期光纤光栅的色散补偿器,该器件的3dB带宽为0.16nm,3dB带宽内的色散值约为-1954psnm,时延曲线偏离线性的波动幅度小于±2.5ps。

啁啾长周期光纤光栅的滤波特性研究

基于光纤光栅耦合模理论,采用传输矩阵法对啁啾长周期光纤光栅的啁啾系数和光栅参量(光栅长度、光栅周期和折变量)对其滤波特性的影响进行分析。当啁啾系数处于-0.000008～-0.0004 nm/cm范围内时,可用于宽带带阻滤波器。当啁啾系数处于-0.05～-1 nm/cm范围内时,可用于多通道窄带滤波器。为啁啾光纤光栅滤波器的优化设计提供理论依据。

基于模式转换及双峰谐振效应的薄包层镀膜长周期光纤光栅特性研究

基于耦合模理论,首先研究了镀膜长周期光纤光栅(LPFG)高阶包层模的模式转换,划分了高阶包层模的非模式转换区及模式转换区。分析了高阶包层模有效折射率随薄膜厚度增加的响应特性,包层模谐振波长在模式转换区的偏移量要大于非模式转换区。在此基础上,研究了不同包层半径下高阶包层模谐振波长随光栅周期的变化情况,结果表明,相同包层半径下模式转换区内双峰间距的偏移量大于非模式转换区;无论在模式转换区还是非模式转换区,包层半径的减小将增加双峰间距的偏移量。最后分析了不同包层半径下的高阶包层模双峰透射谱在模式转换区及非模式转换区内的折射率响应,进而提出了薄包层镀膜LPFG的优化设计方案,当选定敏感膜层厚度及折射率处于镀膜LPFG的模式转换区内,光栅周期靠近相位匹配转折点时,将得到灵敏度高于传统LPFG双峰传感器的镀膜LPFG折射率型双峰传感器;而减小包层半径,将进一步提高传感器的分辨本领。

两种介质模型啁啾长周期光纤光栅的色散分析

为了更加准确地研究薄包层CLPFG(啁啾长周期光纤光栅)的传输与色散特性,仿真分析了单轴晶体光纤的二、三层介质模型所得纤芯模有效折射率的差别以及中心波长的差别,并基于该差别,采用数值分析的方法研究不同包层半径、包层模序对CLPFG色散性能的影响。结果表明,当单轴晶体光纤包层半径与包层模序较小时,两种光纤介质模型的纤芯模有效折射率有较大差别。对于两种介质模型的光纤光栅,降低包层半径或增大包层模序数都有利于增大色散。文章的分析方法和结论为CLPFG的分析和设计提供了理论依据。

弯曲对长周期光纤光栅透射特性的影响

讨论了长周期光纤光栅弯曲时引起的波导弯曲、光纤截面变形和纤芯折射率分布改变等对其透射特性的影响。用等效直倾斜二次方啁啾的长周期光纤光栅理论,分析研究了光栅轴向倾斜对长周期光纤光栅透射特性的影响,给出了等效光栅的周期、啁啾系数的近似公式,用传输矩阵方法进行了数值计算。

长周期光纤光栅在色散补偿中的应用

通过与以往色散补偿器件的对比说明长周期光栅色散补偿的优点 ,较详细地介绍了目前所研制出的两种长周期光栅 (啁啾长周期光栅和高Δ的均匀长周期光栅 )用于色散补偿的原理方法和在实际应用中需要解决的问题。

一种通道数可变的光纤光栅梳状滤波器

利用级联长周期光纤光栅与具有宽带反射功能的啁啾光纤光栅,构成了一种反射型的光纤光栅梳状滤波器.由于光在输出前经过两次干涉滤波作用,所以该梳状滤波器的消光比与透射输出型(即反射前)相比,增加了一倍.而且,通过调节啁啾光纤光栅的反射带宽,可以改变滤波器输出信道的数目.实验中利用弹性梁弯曲的方法,获得了两个可调的光纤光栅梳状滤波器,其信道数可分别在1～5和3～9之间的奇数间调谐(如果改变啁啾光纤光栅的初始中心波长,也可以获得偶数信道间的调谐).

薄包层长周期光纤光栅的研究

报道了在薄包层光纤上用高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅(LPFG),并分析了该类薄包层LPFG横截面折射率的分布。结合LPFG的腐蚀实验,通过传输谱图的比较发现:较先写入光栅后腐蚀光纤包层的方法,先腐蚀光纤包层后写入光栅的方法更能有效地调整谐振波长。进一步研究发现薄包层LPFG对环境折射率的敏感度更高。

啁啾长周期光纤光栅的超宽带滤波特性及其切趾优化

基于光纤光栅的模式耦合理论,采用传输矩阵法对啁啾长周期光纤光栅(LPFG)的超宽带滤波特性进行了分析。研究表明当啁啾LPFG的纤芯模同时与同向传输的多个阶次的包层模发生耦合,且与多个不同阶次包层模对应的谐振峰交叠时,其传输谱带宽可扩展到500nm以上,可用做超宽带带阻滤波器。传输谱带宽随模式序数、啁啾系数、光栅长度、周期和折射率调制量的增加单调递增,但随光纤包层半径的增大单调递减。采用高斯折射率切趾技术抑制了传输谱旁瓣,为设计超宽带滤波器提供了新的方法。

新型波长解调技术在干涉型光纤传感器输出解调中的应用

提出了一种改进型边缘滤波波长解调技术,解决干涉型或谐振型光纤传感器输出的干涉谱波长的快速解调问题。该波长解调技术基于啁啾光栅和长周期光栅的光谱特点,以啁啾光栅作为矩形滤波器,提取传感器输出干涉谱的一个干涉峰;以长周期作为边缘滤波器,将干涉峰的波长信息转化为光强信息进行检测。该波长解调技术波长解调范围为传感器输出干涉谱的一个自由光谱范围(FSR),解调速度快,克服了当前波长解调技术中存在的测量范围与测量速度难以同时提高的问题,同时还具有系统成本低,体积小,能够灵活多路扩展的特点。详细介绍了解调系统的工作原理以及系统结构,并将其实际应用于一种干涉型光纤电流传感器输出干涉谱的波长解调中。通过实验证明电流传感器工作在工频及脉冲电流(脉冲宽度25μs)情况下,该解调系统对传感器输出干涉谱具有准确、快速的解调效果。该研究对推进干涉或谐振型光纤传感器的实际工程化水平的提高具有重要意义。

基于长周期光纤光栅的动态增益平坦滤波器

分析了长周期光纤光栅（LPG）的啁啾特性和切趾特性，给出了基于LPG的增益平坦滤波器可调的理论依据。阐述了LPG的传感特性和金属外包层对其的影响，为动态增益平坦滤波器结构的原理提供理论支持。介绍了这种动态增益平坦滤波器的制作原理、制作过程和可调过程。这种滤波器结构简单、插损小、易于控制、可调范围宽、响应速度快以及重复性好。实验中的增益平坦滤波器在20～120℃内波长线性可调8nm；损耗峰值在20～60℃内变化小，而在60～100℃内变化大；带宽在20～60℃内变化较小，而在60～120℃内变化较大；可根据不同需要在不同的温度范围内调节滤波器的损耗峰值和带宽，实现增益平坦滤波器的动态可调。

一种提高长周期光纤光栅生物包膜传感器性能的方法

基于耦合模理论和阶跃折射率单模光纤三层模型包层模理论,可在长周期光纤光栅(LPG)光纤包层外涂制特定的抗体作为生物活性膜层,并通过生物活性膜层折射率的变化来检验血液中是否存在对应的抗原。研究结果表明,当在LPG内部引入啁啾后,可提高LPG传感器的谐振波长偏移的灵敏度,但透射光强峰值会有相应的下降;随着啁啾参数的增加,透射光强峰值变化不大,谐振波长偏移随折射率的变化更为敏感。但当啁啾参数达到一定的量值时,这种偏移量相对较小。实验选用折射率同抗原、抗体接近的硅化膜作为成膜基底材料,基底膜层厚度可选择在约120nm,此时的波长位移线性度好,有利于实验中的测定。

基于两种光纤介质模型的长周期光纤光栅传感特性分析

仿真分析了单轴晶体光纤的两层介质模型与三层介质模型所得纤芯模有效折射率的差别,并基于该差别对长周期光纤光栅的外界环境折射率、温度和轴向应变传感灵敏度进行了仿真分析。结果表明,对两层、三层介质模型的纤芯模,尤其对薄包层光纤有效折射率有较大差别;用两层介质模型和/或材料的折变系数计算所得的长周期光纤光栅的外界环境折射率、温度和轴向应变灵敏度有较大的误差,需应用三层介质模型以及模式的有效折变系数进行准确计算。据此计算了上述3种传感灵敏度与光纤包层半径及包层模序数的关系。为长周期光纤光栅传感器的分析设计提供了指导。