椭圆芯边孔光纤光栅压力及温度敏感特性研究

利用有限元方法对K型椭圆芯边孔光纤的双折射进行了分析,并对边孔光纤光栅的反射谱双峰间距的压力及温度敏感特性进行了实验研究。数值分析得到椭圆芯边孔光纤双折射的压力和温度敏感系数分别为3.74×10-6/MPa和-5.86×10-8/℃,实验得到边孔光纤光栅双峰间距的压力及温度效应系数分别为6.1 pm/MPa和-0.067 pm/℃,理论与实验结果相吻合。研究结果对光纤静水压力传感器的研究具有参考价值。

边孔光纤双折射的分析及其测量

采用有限元分析方法对边孔光纤的双折射进行了理论分析;利用偏振态的周期性变化对边孔光纤的双折射进行了测量,同时,利用边孔光纤B ragg光栅反射光谱对测量结果作了对比分析。测量结果与理论分析偏差小于8%,与光谱实验结果也相吻合,证明了测量方法的可靠性、可行性。所提出的偏振态测量方法具有系统精简、调节环节少、易于实现等优点,对长拍长的光纤是一种实用的双折射测量方法。

基于扫描激光器的边孔光纤光栅温度压力传感系统

研究了一种基于波长扫描激光器的光纤温度压力测量系统.光纤传感头为边孔光纤光栅,利用其特有的双折射特性产生双反射峰,以实现对温度和压力的同时测量.系统采用嵌入式开发技术,将激光波长扫描、光谱数据采集和以牛顿最小二乘法为核心的光栅解调算法高度整合于一体,极大降低了光纤传感系统的体积与成本.实验结果表明,在温度10～50℃、压力0～1.2 MPa时,双反射峰对应温度与压力的变化均呈现良好的线性响应特性;系统的波长解调准确度可达1pm,温度及压力的分辨率分别达到0.1℃和0.1 MPa.该系统可为温度、压力的参量测量提供低成本、小型化、性能可靠的解决方案.

圆芯型边孔光纤双折射的有限元分析

对圆芯型边孔光纤固有双折射的研究结果进行了报道。在对边孔光纤固有双折射的产生机理和计算原理进行研究的基础之上,采用有限元法分析了圆芯型边孔光纤的内部应力分布和双折射的大小。研究结果表明圆芯型边孔光纤的几何双折射较小,以应力双折射为主;边孔的存在导致光纤纤芯和包层区域的应力分布发生了较大的变化。文章提出了两边孔的连线方向为边孔光纤的快轴方向,并就不同的边孔结构对光纤双折射的影响进行了研究,发现圆芯圆孔型边孔光纤的固有双折射随边孔张角的增加而成指数关系增长,可通过增大边孔半径和减小两孔间距提高边孔光纤的双折射。

边孔光纤光栅的传感特性

报道了一种新型边孔光纤及边孔光纤光栅的研究结果。采用有限元法分析了边孔光纤内部的应力分布和双折射数值,并通过波长扫描技术对其双折射进行了测量,理论计算和实验测量结果表明双折射数值达到4×10-5。根据边孔光纤光栅两反射峰偏振态相互正交的特性,提出了一种基于偏振检测的波长检测方案对边孔光纤光栅的传感特性进行了测量。结果表明两峰中心波长间隔随温度变化的灵敏度仅有0.05 pm/℃,是普通单模光纤光栅温度灵敏度的1/184。提出了一种基于横向荷载压力增敏的新型边孔光纤光栅封装装置,使边孔光纤光栅双峰间距的压力灵敏度从5.6 pm/MPa增加到119.14 pm/MPa,增敏21倍,实现了温度不敏感的高灵敏度压力传感。

基于偏振检测的边孔光纤光栅双峰间距的测量

根据边孔光纤光栅两反射峰偏振态相互正交的特性，提出了一种新颖的基于偏振检测的双峰间距测量方案。该方案采用全保偏光纤系统和偏振器实现了2个反射峰中心波长的分别检测，从而达到双峰间距的测量目的。采用该方案解决了普通波长扫描技术中存在的由于双峰间距较小而导致不能有效测量双峰间距的问题，成功实现了在0．0～3．5MPa压力范围内的边孔光纤光栅压力传感。

边孔光纤光栅温度降敏特性研究

对边孔光纤光栅(FBG)光谱的双峰间距的温度敏感特性进行理论分析和实验研究.提出了边孔光纤(SHF)的简化分析方法,计算出了SHF双折射的温度系数为3.17×10-8/℃.在30～80 ℃的温度特性实验中,得到SHF双折射的温度系数为3.55×10-8/℃,与理论分析结果相吻合,验证了理论分析的合理性,FBG双峰间距的温度敏感系数为-0.054 Pm/℃,验证边孔FBG双峰间距对温度不敏感.

边孔光纤光栅特性研究

报导了一种新型边孔光纤及边孔光纤光栅的研究结果。在光纤芯两侧制作空腔孔洞,可以在光纤芯内产生应力双折射,测量结果表明,其数值达到3.9×10-5。在边孔光纤上制作光纤光栅,将产生对应不同偏振态的两反射峰,测量结果表明,两峰中心波长间隔随温度变化的灵敏度仅有0.41 pm/℃,而对光纤所受压力较为敏感。利用这一优良的特性,较好地消除光纤光栅测量中的温度-应力耦合。

圆芯边孔光纤模式场分布和双折射的研究

对圆芯边孔光纤双折射的研究结果进行报道。使用有限元方法建立了包括计算圆芯边孔光纤横截面应力分布、折射率分布和双折射的模型,计算了圆芯边孔光纤的模式场分布、几何双折射和应力致双折射。研究表明,圆芯边孔光纤的应力致双折射很小,这是圆芯边孔光纤自身的特殊结构造成的。比较了几种不同边孔形状的光纤的双折射,提出了圆芯边孔光纤的优化结构。

基于乙醇灌注边孔光纤的Sagnac干涉型温度传感器

提出并研究了一种基于乙醇灌注边孔光纤(SHF)的Sagnac干涉型温度传感器。边孔光纤是一种高双折射光纤,其包层中纤芯两侧具有两个空气孔。将乙醇填充进边孔光纤的空气孔中,利用乙醇的折射率随温度的变化,改变边孔光纤的双折射系数,使Sagnac干涉仪的输出谱发生波长漂移,从而实现了温度传感。实验获得该传感器在20℃～80℃的温度变化范围内灵敏度为86.8pm/℃,为普通光纤布拉格光栅(FBG)传感器的8倍。

边孔光纤长周期光栅的传感特性研究

采用CO2激光脉冲技术在边孔光纤(SHF)上写入长周期光栅(LPG),并对其温度、外界折射率和弯曲的传感特性进行测试。实验表明,当温度从20℃升高到80℃时,SHF-LPG的谐振波长随温度升高线性蓝移6.51nm,温度灵敏度为-0.11nm/℃。其对外界折射率的敏感度随折射率升高而增加,越接近光纤包层的有效折射率灵敏度越高,测量范围为1.34-1.44;其谐振波长随弯曲曲率的增加线性红移,但弯曲传感灵敏度具有较强的方向相关性,最大达到9.36nm/m-1。

裸露纤芯边孔光纤布拉格光栅制备及其折射率传感特性研究

提出并实现了两种结构的裸露纤芯边孔光纤布拉格光栅(SH-FBGs)的折射率传感器。第一种,采用光纤侧面抛磨法抛磨刻有FBG的边孔光纤(SHF)的一个空气孔,得到D形横截面SH-FBG传感器,在1.380折射率附近灵敏度约为24.0 nm/RIU(RIU为单位折射率)。另一种,通过化学腐蚀法腐蚀刻有FBG的边孔光纤的两个空气孔,得到X形横截面SH-FBG传感器,在1.333~1.340折射率范围内,折射率灵敏度约为15.1 nm/RIU,该数值可通过腐蚀方案进一步得到优化。由于X形SH-FBG传感器对应两个偏振的模式,表现出对外部折射率变化的响应不同而对温度变化的响应相同的特性,因此可作为与温度无关的折射率传感器。设计的两种传感器具有的空气孔可以作为微流通道,有助于实现在线检测和给药,具有结构简单、操作方便等优点,在生物化学、医学等领域中拥有良好的应用前景。

边孔相移光纤光栅测量压力温度的仿真及优化

油井内压力及温度的测量是智能完井系统的重要组成部分。为了能在井下环境实现单点、压力温度双参量测量,且最高压力可达30 MPa,温度可达120℃,本文提出一种在圆心边孔光纤(side hole fiber,SHF)上刻写π相移光栅的压力温度传感器。首先对边孔π相移光纤光栅同时测量压力及温度进行了理论推导,证明同时检测压力温度的理论可行性。其次,在理论的基础上,对SHF进行了仿真优化,并引入断裂极限限定条件,得到SHF的最优尺寸为孔中心距27μm,孔半径21.5μm。结果表明:SHF能实现单点双参量的测量,π相移光栅的引入提高了测量分辨率;SHF的孔半径越大孔越靠近纤芯,压力灵敏度越高,但考虑光纤断裂情况则并不是半径越大越好。该研究对特定压力测量范围下的边孔光栅压力温度传感器设计有指导意义。

带有温度补偿的微流传感器研究

提出一种基于双长周期光纤光栅(LPFG)的边孔光纤微流传感器。该边孔光纤(SHF)内有2个空气孔,是天然的微流体通道,该微流传感器可进行温度补偿。利用CO_(2)激光器在边孔光纤上写入双LPFG,其共振波长分别为1 268.7 nm和1 385.8 nm。实验结果表明,当传感器置于折射率1.335~1.395的甘油水溶液中,2个LPFG共振峰的折射率灵敏度分别为-88.724 nm/RIU和-79.474 nm/RIU,温度灵敏度分别为52.0 pm/℃和55.7 pm/℃,利用折射率和温度灵敏度可推导出传感器的传感矩阵。该文所提出的带有温度补偿的微流传感器具有良好的线性响应度,可实现折射率和温度的同时测量,在环境监测和食品安全领域有潜在价值。

熊猫光纤制作的新方法和应力双折射的研究

提出了一种制作偏振保持光纤(PMF)的预制棒侧向开槽法,制作了波长1550nm处双折射为7.75×10-5的边孔光纤和双折射为5.345×10-4的单模熊猫光纤。用有限元法分析熊猫光纤应力分布表明,掺B应力施加区(SAP)的引入使得光纤横截面上出现了应力分量的拉应力区和压应力区;在纤芯以及其附近区域应力的x分量取正值,y分量取负值,造成了大应力差;SAP距离纤芯越近,双折射越大,距离一定时,对纤芯中心张角为90°时双折射最大。

光学元件

0605761 光学大规模集成电路多频带可调滤光器=Opto-VLSI multiband tunable optical filter[刊,英]/M．Raisi,S． Ahderom//Electronics Letters．-2003,39(21)．-1533-