镀膜相移长周期光纤光栅滤波特性

镀膜相移长周期光纤光栅(PS-LPFG)由于其结构及设计的灵活性可以改善光纤光栅的滤波特性。运用传输矩阵法,讨论了在镀膜PS-LPFG中不同位置引入单个相移、多个π相移时传输谱的滤波特性。研究发现,引入单个π相移时,会在谐振波长两侧出现两个新的阻带;引入多个π相移时,两个主阻带峰间隔随相移个数的增多而增大。进一步研究表明,薄膜厚度可以更灵活地调节镀膜PS-LPFG传输谱损耗峰的位置及损耗峰大小。随着薄膜厚度的增加,两损耗峰的位置向短波长方向移动,当薄膜厚度增大到一定值后,损耗峰位置向长波方向发生较大突变,同时损耗峰峰值急剧减小,随后损耗峰又将向短波方向移动且峰值逐渐增大。波长较大的损耗峰变化滞后于波长较小的损耗峰。

镀膜相移长周期光纤光栅大间隔双峰滤波特性

研究了镀膜相移长周期光纤光栅(PS-LPFG)工作于相位匹配转折点(PMTP)时的大间隔双峰滤波特性。LPFG工作于PMTP时,纤芯模与高次包层模耦合产生的损耗峰3dB带宽可达288nm以上,在此LPFG中点引入单个π相移时在中心波长两侧出现的两个阻带峰间隔达388nm,远大于低次包层模耦合π相移LPFG的双峰间隔。在LPFG中均匀地引入M(M>1)个π相移时,双峰间隔随M的增大而增大,M为奇数时,中心波长损耗为0;M为偶数时,中心波长损耗随M的增大而减小。薄膜折射率与厚度的增加都将使两个阻带峰向短波长方向移动并增大双峰间隔。光栅长度的增大在改变双峰峰值损耗的同时使双峰间隔逐渐减小。

基于双峰谐振长周期光纤光栅的海水盐度传感器

为研制高灵敏海水盐度传感器,本文基于CO_(2)激光技术成功制备出一种工作在色散转折点(DTP)附近的长周期光纤光栅(LPFG)。首先,利用CO_(2)激光器在80μm细单模光纤上制备出工作在DTP附近的LPFG,证明了采用CO_(2)激光微加工技术制备较短周期LPFG的可能性。其次,通过调控CO_(2)激光器的制备周期,使高阶包层模式LP_(1,9)工作在DTP附近,从而显著提高了LPFG的折射率灵敏度。在双峰谐振增敏效应的作用下,当海水盐度从5.001‰变化到39.996‰时,光栅周期为115.4μm的双峰谐振LPFG平均灵敏度高达0.279 nm/‰。研究结果表明,本文制备的LPFG海水盐度传感器具有谐振损耗大和灵敏度高的优点,其在海水盐度监测领域具有较好的应用前景。

高频CO_2激光脉冲写入的相移长周期光纤光栅

运用矩阵传输法 ,并结合长周期光纤光栅的模式耦合理论 ,阐述了相移长周期光纤光栅传输光谱的形成原理 利用高频CO2 激光脉冲制作出相移长周期光纤光栅 该方法仅需用计算机绘制光栅结构图形 ,再由计算机依照此图形控制CO2 激光器对普通光纤曝光 ,就可自动完成光纤光栅的制作 实际制造出一条相移长周期光纤光栅 ,在 15 2 0～ 15 70nm和 16 10～ 16 70nm波长范围内分别呈现出相移图样 ,相移波段的通带中心波长分别为 15 46nm和 16 40nm 对光栅进行温度测试 ,观测 16 10～ 16 70nm范围内相移光谱的变化 ,发现相移光栅的通带及阻带中心波长具有相同的温度变化系数 ,其数值为 0 .0 6 4nm/℃ ,另外又测试了光栅的应变特性 ,灵敏度约为 - 0 .5 1nm/mε 因此在利用光栅温度特性或应变特性做传感的过程中 ,可以仅测试通带中心波长的变化 。

应用镀膜长周期光纤光栅对煤矿用乳化液浓度检测的研究

通过对镀膜长周期光纤光栅折射率特性的分析,发现镀膜可以有效提高长周期光纤光栅的折射率灵敏度。并且耦合的包层模式次数越高,镀膜后的折射率灵敏度比没有镀膜前增加越多,对应的谐振波长的漂移也越多。基于镀膜长周期光纤光栅折射率特性的这一特点,提出应用较短周期镀膜长周期光纤光栅对乳化液浓度进行检测的方案,对这一方案进行了数值分析。

相移长周期光纤光栅传输谱的仿真分析

相移长周期光纤光栅可以看作长周期光纤光栅和相移光栅级联而成,文中采用OptiGrating软件分析了相移长周期光纤光栅的周期和长度、折射率调制参量对相移长周期光纤光栅传输谱的影响规律。

薄膜参数对镀膜长周期光纤光栅透射谱的影响

基于四层光纤模型,采用数值模拟方法,研究了镀膜长周期光纤光栅的膜层折射率及厚度等参数对其传输谱特性的影响。结果表明,随膜厚增加,各包层模式有效折射率增大,谐振波长向短波区漂移。当膜厚达到一定数值后,有效折射率及谐振波长急剧变化,长周期光纤光栅频谱出现模式转换现象,模式跳变转折点对应最优薄膜厚度,不同薄膜介质对应不同的最优膜厚,研究对提高长周期光纤光栅传感器的敏感度具有重要的指导意义。

镀膜长周期光纤光栅双峰谐振折射率传感特性

基于严格的相位匹配公式,在充分考虑材料色散的基础上,详细研究了镀膜长周期光纤光栅的双峰谐振效应。研究发现,随着环境折射率的变化,发生谐振的双峰也发生变化,且变化趋势相反。给出了镀膜长周期光纤光栅双峰谐振波长之间的距离随环境折射率变化的关系,并与普通长周期光纤光栅的同等情形进行了比较,发现镀膜长周期光纤光栅的双峰谐振能够极大提高长周期光纤光栅的折射率灵敏度。但由于发生双峰谐振需要的包层模式次数较高,故其探测范围比应用低次耦合的单峰探测范围要窄。

基于球形长周期光纤光栅的宽动态范围位移传感器实验研究

[目的]针对光纤位移传感器动态范围窄的问题,设计一种结构简单、易于制备的气球形长周期光纤光栅(LPFG)位移传感器。[方法]采用RSOFT软件进行仿真与优化,得到光纤在不同曲率下的光谱形态,以此来确定测量区间。通过将多模光纤周期性嵌入单模光纤形成的气球形长周期光纤光栅(MMF-BLPFG),提供用于测量位移的参考峰。使用精密的连续切割装置作为实验基础,制备与仿真结果一致的实验样品进行测试。[结果]通过测量2个谐振峰的漂移,实现了36 mm的最大位移测量范围。[结论]该研究成果在舰船水下疏水空间管系的稳定性测量和连续监测等需要大规模测量的场景中具有良好的应用潜力。

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。

引入相移π后长周期光纤光栅的透射谱

本文用传输矩阵法分析计算了相移长周期光纤光栅的传输谱特性。通过仿真试验分析了引入相移后长周期光纤光栅的透射谱。长周期光纤光栅中间位置引入相移π后,原来谐振波长处的波谷,现在变成了波峰,传输光谱曲线上的单一波谷变为对称的两个波谷。

结构调制型长周期光纤光栅温度传感器研究

燃油系统的温度监测对于飞行器的安全、性能和可靠性至关重要。本文提出并测试了一种基于激光蚀刻法在保偏光纤上制备的长周期光纤光栅温度传感器,有望用于飞机内部液体温度监测。通过解调该种光纤光栅谐振峰的波长变化,可以实现对环境温度的精准测量。试验结果表明,该传感器具有83.1pm/℃的温度灵敏度和0.32 pm/με的低应变响应。由于光纤具有耐腐蚀、抗电磁干扰,不易产生电火花等特性,在替代电学传感器使用时可以提升飞行器的安全性。

长周期光纤光栅生物检测技术研究进展

长周期光纤光栅通过纤芯基模与包层模之间的耦合感应环境介质的变化,从而实现对外界环境的感知。其具有灵敏度高、体积小、背向反射低、抗电磁干扰等优点,已被应用于食品安全、环境检测、疾病诊断等各个领域。本文对近年来长周期光纤光栅在生物检测技术方面的应用进展做了总结,首先阐明了长周期光纤光栅生物检测的原理,其次,介绍了长周期光纤光栅表面生物功能膜的常用固定方法,然后对长周期光纤光栅在DNA、葡萄糖、细菌、癌症、病毒等生物物质检测方面的应用进行了总结。最后,分析了目前长周期光纤光栅在生物检测技术方面所面临的挑战,并对长周期光纤光栅生物检测技术的未来发展做了展望。

相移对级联长周期光纤光栅传输特性的影响

基于耦合模理论,采用传输矩阵法分析了相移对级联长周期光纤光栅传输特性的影响。研究表明,当级联光栅间相移量从0至π变化时,传输谱主阻带左边会出现一个小的阻带,且相移量越大,小阻带的幅值越大。当相移量增大到π时,小阻带幅值增大到与原阻带相当;当相移量从π增至2π时,传输谱主阻带右边会出现一个小的阻带,且相移量越大,小阻带的幅值越小。随相移量的增大,主阻带最大损耗峰对应的谐振波长向长波长方向偏移。调节相移量可灵活地改变主阻带最大损耗峰对应的谐振波长,为新型光纤光栅器件的开发提供新的视角和理论依据。

两层镀膜长周期光纤光栅传感器的特性研究

以光纤光栅耦合模理论为基础,提出一种两层镀膜长周期光纤光栅传感器的结构模型,一层是在光纤包层外镀的铜金属薄膜,另一层是在铜薄膜外再镀一层敏感薄膜。对该结构模型的模场特性和透射特性进行分析和模拟,明确了薄膜参数对其透射特性的影响。该结构模型既可以利用敏感膜折射率随外界环境变化而改变的特性,也可以利用金属膜层进行温度和应变调节来改变谐振波长的特点,为高灵敏度长周期光纤光栅传感器的优化设计提供了理论依据。

相移长周期光纤光栅的透射谱特性及其切趾优化

应用耦合模理论和传输矩阵法计算模拟了均匀长周期光纤光栅的透射谱,采用不同的切趾函数对其进行了切趾优化,通过比较得出了最佳的切趾函数。分析了引入多个π相移的相移长周期光纤光栅的透射谱结构,发现其具有一个通带、两个阻带的滤波特性。着重分析了相移个数,引入位置等参数对谱结构的影响。除运用传统的高斯函数折射率切趾方法对透射谱进行优化外,尝试了一种新型的长度切趾方法,达到了较好的优化效果。该方法的易实现性为切趾相移长周期光纤光栅的实际制作带来了方便。

机械写制π相移弯曲不灵敏光纤长周期光栅滤波器

采用2个交错放置的具有π相移的周期性刻槽板对弯曲不敏感光纤径向施力,形成了机械写制π相移长周期光栅(LPGs)滤波器。实验研究了压力和子光栅个数对π相移光纤光栅的光谱影响以及光栅的偏振相关损耗(PDL)。结果表明:两侧阻带的传输损耗由施加在光纤上面的压力决定,子光栅的个数决定π相移光纤光栅的通带宽度,但不影响通带中心波长;对LP13耦合模,当π相移个数从1增加到9时,滤波器通带带宽由8.2 nm增加到53.8 nm。LP13包层模具有最大PDL,其值约为6.86dB。该方法制作的π相移长周期光纤光栅(LPFG)具有可重构性,结构简单,易于操作,在光纤通信和传感领域具有潜在的应用价值。

镀膜长周期光纤光栅透射谱研究

基于三包层长周期光纤光栅的耦合模型,研究了镀膜长周期光纤光栅的光栅参数和膜层厚度对长周期光纤光栅谐振波长的影响。研究发现,当长周期光纤光栅的纤芯半径、折射率和周期增大时,谐振波向长波方向漂移;当长周期光纤光栅的包层半径和折射率增大时,谐振波向短波方向漂移。不同折射率的膜层介质其所对应的最优厚度(Optimum Overlay Thickness,OOT)不同,薄膜介质的折射率越高,对应的最优厚度越小,敏感区域范围也较窄;不同包层模式对应的最优厚度具体位置区别不大,较高阶次包层模对应的谐振波长在敏感区域范围内漂移量较大。

应用800nm飞秒激光制备长周期光纤光栅

利用800nm钛蓝宝石飞秒激光器制备了长周期光纤光栅,并实验验证了长周期光纤光栅的高温特性。基于摄像头和电动位移平台设计了激光精确对准光纤纤芯的方案;以计算机控制1.3mW飞秒激光,使用逐点曝光法在未经载氢处理的光纤上刻写了长周期光纤光栅,实验显示该光栅在1 200～1 700nm波段的主谐振峰值可达-17dB。利用高温箱对长周期光纤光栅进行高温传感特性实验,在300～800℃得到的主谐振峰温度响应灵敏度为0.056nm/℃,线性度为0.992。实验结果表明,提出的以800nm钛蓝宝石飞秒激光器制备长周期光纤光栅的方法稳定可靠,写制的光栅在高温环境下变化均匀,不易退化,响应特性良好,适用于高温检测。

长周期光纤光栅:原理、制备与应用

较全面介绍了长周期光纤光栅。对比Bragg光纤光栅说明了长周期光纤光栅的特点。对其耦合机理进行了分析 ,阐明了波长选择损耗特性。介绍了长周期光纤光栅的制备方法 ,大致分之为基于非形变的制备方法和基于形变的制备方法。详细阐述其在通信、传感领域的应用 ,尤其是新型应用 :带通滤波、光上下路复用、光纤光源、偏振器件、新型传感等。并针对长周期光纤光栅对温度、应力、外部折射率敏感的特性 。