基于对称光纤模式选择耦合器的多波长高阶横模光纤激光器

提出并实现了一种基于对称光纤模式选择耦合器和单模-少模-单模光纤滤波器的环形腔高阶横模光纤激光器,获得了多波长、高纯度的LP11模式激光输出。实验结果表明,该激光器可以稳定地工作在单波长、双波长、三波长和四波长状态,对应的LP11模式激光纯度分别为97.60%、97.54%、97.34%和97.19%。对称光纤模式选择耦合器制造工艺简单,性能稳定,为高阶横模光纤激光的获得提供了一种新的可选方案,在光通信、光传感等领域具有潜在的应用价值。

百兆赫兹重频的轨道角动量模式飞秒光纤激光器

轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)模式激光器在大容量通信系统、激光加工、微粒子操作、量子光学领域研究有潜在应用价值.OAM模式飞秒光纤激光器具有结构简单、成本低、峰值功率高等优势而被重点研究.当前OAM模式飞秒光纤激光器在重复频率、脉冲宽度、光谱宽度等关键参数上分别都有突破,但性能难以兼得,且重复频率目前在数十MHz.本文基于模式相位匹配原理,制作了大带宽的模式耦合器,结合非线性偏振旋转锁模机理,通过优化腔内的色散,搭建了百兆赫兹重复频率的OAM模式飞秒光纤激光器.实验结果表明,一阶OAM模式光纤激光器的重复频率可达113.6 MHz,脉冲半高全宽98 fs,10 d B带宽可达101 nm;二阶OAM模式光纤激光器的重复频率可达114.9 MHz,脉冲半高全宽60 fs,10 d B带宽可达100 nm.相对于已报道的方案,本文报道的方案在重复频率、脉宽和光谱宽度等关键参数上综合性能较好,有望更广泛地应用于OAM通信、粒子操控等研究领域.

用于毛细管回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器

面向毛细管微反应器固相状态检测需求,提出了一种激发微管腔回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器。建立了光纤楔形端面耦合模型,通过理论研究楔形端面与微管腔倏逝场耦合原理,仿真模拟楔形端面光场分布情况,并分析了光纤楔形端面与微管腔耦合谐振的光谱特征。研磨制备耦合器件,搭建实验系统进行实验验证。实验采集到洛伦兹凹谷型耦合谐振谱,与理论仿真分析相一致。谐振谱1563.074 nm波长附近的自由光谱范围约为1.734 nm,Q值约为6.15×103。所提出的光纤楔形端面耦合器具有较好的器件鲁棒性,耦合谐振结构简单,易于器件集成和小型化。

基于对称双模耦合器的波长可切换柱矢量光纤激光器

为了实现高纯度脉冲柱矢量光的输出,提出并搭建基于对称双模耦合器的波长可切换的被动锁模柱矢量全光纤激光器。根据光纤传输原理得到基模向高阶模转换的折射率匹配直径,运用模式耦合模理论及光束传播法模拟分析了对称双模耦合器的结构参数对模式选择及耦合特性的影响,采用熔融拉锥法并免去传统的模式选择耦合器制作上的预拉锥工艺制作了对称双模耦合器,通过搭建一套被动锁模柱矢量全光纤激光器实现了中心波长1039 nm和1068 nm可切换、脉冲时间间隔为113.8 ns、重频为8.78 MHz、脉宽660 ps/656 ps、最大输出平均功率为5.25 mW/5.2 mW、模式纯度大于97%的柱矢量光输出。实验验证了对称双模耦合器的可行性,为后续高纯度柱矢量光的获得提供一种可行的方案。

单模光纤耦合器的偏振温度特性研究

理论分析并研究了温度变化对单模光纤耦合器的偏振特性的影响.推导了单模光纤耦合器输出消光比与输入消光比、模式耦合率的关系表达式.利用多个偏振特性不同的光源,进行了在快速温度变化条件下单模耦合器输出消光比随温度变化的测试实验,证明了采用低偏振的光源有利于降低单模耦合器中因温度变化引起的模式耦合效应.最后仿真计算了在光源输出消光比不同的情况下模式耦合引起的光纤陀螺输出误差的大小,为不同环境应用的光纤陀螺选取合适的光源提供了参考.

熔锥光纤耦合器的温度响应

在光通信技术中 ,光耦合器是一类能使传输中光信号在特殊结构的耦合区发生耦合 ,并进行再分配的器件 .本文对单模熔锥光纤耦合器的耦合比与温度的关系进行了研究 .实验表明耦合器的耦合比不但对温度变化敏感 ,而且变化有单调性 .因此 。

熔融拉锥型光纤耦合器实验研究

根据光纤的消逝场耦合模理论,论述了熔融拉锥型光纤耦合器的工作原理;以六轴型熔融拉锥机为实验平台,研究了熔融拉锥法制作3 dB单模光纤耦合器的过程;分析了拉伸速度与附加损耗及损耗偏差的关系,发现拉伸速度为150μm/s时,耦合器的性能达到最优;此外,利用光学测试系统测试了光纤耦合器的插入损耗、附加损耗、方向性与均匀性等光谱特性参数。研究结果表明,所得实验结果与耦合理论分析结果吻合,说明该方法具有制作过程简单、附加损耗低、环境稳定以及成本低廉等优点。

2×2熔锥型单模光纤耦合器的模型

选择适当的连续函数描述了熔锥型耦合器熔锥形状的渐变特性及其相互位置关系 ,然后分别应用局部模式理论和变分法分析了横截面沿纵向变化的锥形区域和横截面近似不变的耦合区域内的耦合行为 ,得出了耦合器中任一横截面处的耦合系数和耦合功率表达式 计算表明 ,熔锥型耦合器的总功率耦合主要发生在耦合区域 ,在两锥形区域 ,对于纤芯归一化频率小于 1 .0 8的部分 ,也发生了相当程度的耦合 为了使耦合器的理论模型更接近于实际物理情况 ,锥形区域的耦合作用也是不容忽略的 。

三光纤干涉型波分复用器的理论分析与实验(英文)

本文提出一种由三根长度不等的单模光纤作为干涉臂连接两个 3× 3耦合器而成的干涉型超窄三波分复用器 ,并对其进行了理论分析与实验研究 文中给出了三角型 3× 3耦合器的传输矩阵及三根干涉臂的长度之差与复用波长的关系 ,并由此导出了整个系统的功率传输式 理论分析与实验曲线基本一致 我们实验样品的使用波段为 1 55μm ,波长复用间隔为 1 6nm ,插入损耗约 0 6dB ,三个端口的隔离度分别在 1 3～ 1

色散缓变光纤耦合器中的调制不稳定性

用奇偶超模对光纤耦合器的耦合模方程重写.讨论了当输入条件使奇偶超模其中之一被单独激发时,色散缓变光纤耦合器中的调制不稳定性,结合调制不稳定性,分析了色散缓变光纤耦合器在准连续波条件下的非线性效应.结果表明:在正常和反常色散区存在新型调制不稳定性.当满足一定条件时,在色散缓变光纤耦合器中传播的准连续波光束可以分解成脉冲序列,并且脉冲几乎不展宽,由此可以分离和提取稳定的超短脉冲;当输入功率一定时,增益谱随着传输距离的改变,形态基本保持不变;当传输距离一定时,增益谱随着输入功率的增强,宽度变宽,强度增强.

Y型熔锥光纤耦合器的应变响应

本文对已广泛应用于光纤通信或作为光纤传感系统中处理元件的 Y型单模熔锥光纤耦合器对应变的响应进行了研究 .在悬臂梁上进行的应变实验表明 ,该型耦合器的耦合比不但对应变敏感 ,而且有单调性 .其中 ,值得注意的是

垂直纳米光栅耦合器耦合效率分析与测试

介绍了基于SOI纳米光栅耦合器的理论研究及测试方法,系统研究了光栅参数对光栅耦合效率的影响,在占空比为1∶1的基础上,对不同光栅槽深作了相应的理论分析,同时,还对不同角度的入射光作了相应的研究,经过仿真在入射角为10°时,对于波长为1 550 nm的入射光其耦合效率最高。除此之外,通过在光栅表面添加增透膜使其耦合效率在理论上提高至76%以上,并实验验证了增透膜可以有效的降低输入光场的端面反射及波导表面散射,增强了输出光效率。采用聚焦离子束方法(FIB)在10μm宽的硅波导上加工了纳米光栅结构,利用单模NewFocus可调谐激光器(1 520～1 570 nm)作为激发光源,对单模光纤与硅波导光栅进行垂直耦合,得到1 dB带宽近似为30 nm,耦合效率约为32%。

熔锥型单模光纤耦合器的一致性模型

由于熔锥型光纤耦合器几何形状的特殊性,其耦合特性的研究通常是对于不同的区域采用不同的近似模型。构建了一个可以同时对耦合器各个区域耦合特性进行仿真的一致性模型。选取适当的连续函数描述锥形曲线和横截面形状;采用归一化的三角分布和高斯分布的加权叠加实现了模场沿耦合器各区域的连续变化。利用变分法和局部模式理论,推导出了耦合器任意位置处的耦合系数计算公式。该模型考虑了熔融区的纤芯效应,考虑了锥形区的耦合效应,是一个更为精细的理论模型。数值模拟结果显示,该模型可为光纤耦合器和波分复用器的制作提供理论指导。

全光纤混频测速系统的研究及应用

为了能直观快速的测量高速移动物体的速度,采用非接触混频测速技术,由半导体激光器发出的光经耦合器分为两路光,先后打在变速运动的物体上,由于光学多普勒效应而产生多普勒频移,最后在耦合器出口处形成混频,所得拍频信号被APD(光电雪崩二极管)检测,将蕴含速度信息的拍频信号经过放大之后,再送入ARM进行FFT进行数据处理,最终将速度曲线显示在液晶屏上,从而实现高速移动物体速度的测量.

基于耦合模理论的光纤耦合器应变特性研究

根据单模光纤耦合器的输出功率的比值对耦合区长度变化敏感的特点,分析了熔融拉锥型光纤耦合器的工作原理。采用螺旋测微仪对光纤耦合器的应变特性进行研究,避免了悬臂梁结构自重、梁的振动等不可控因素对测量结果的影响,有效提高了测量精度。同时详细分析了环境温度以及光纤耦合器的横向应变对试验结果的影响。实验证明,熔融拉锥式单模光纤耦合器不但具有应力敏感性,而且随应变呈线性单调变化,同时也具有较好的温度稳定性和横向抗干扰性。

Bragg光栅辅助非对称双芯光纤耦合器的研究

利用耦合模理论,推导出了其中一个纤芯写有Bragg光栅的双芯光纤耦合器的完整的耦合模方程。并通过打靶法和Broyden叠代数值解此耦合模微分方程组,分析了在不同失配条件下,双芯光纤耦合器各个端口的输出特性。得到了双芯光纤最佳的失配条件,在此条件下,光栅谐振波长处信号具有优异的反射特性,其他波长的信号则基本不发生耦合,接近无损地通过,此种耦合器具有非常小的插入损耗,是WDM系统中分插复用器的极佳选择。

微纳光纤耦合应变传感器

为了实现高精度的应变传感测量,提出了一种基于高灵敏度微纳光纤耦合应变传感器。将两根单模光纤剥掉涂覆层后放置于光纤拉锥平台上,并将这两根光纤相互缠绕在一起,设置所需拉锥参数,打开氢气流量,利用氢气火焰对两根光纤进行拉锥燃烧,制备光纤耦合器,利用耦合后的强倏逝场特性实现对应变的测量。通过对该器件的反复测量,得出它具有很好的可逆性。为克服交叉敏感问题,通过干涉波谷对温度与应变具有不同敏感特性,利用系数矩阵解决温度对应变的影响。实验结果显示,应变灵敏度为20.35 pm/με,相应的线性相关系数为99.9%。该应变传感器相较于其他传感器灵敏度高、稳定性好、成本低,在建筑安全检测等方面具有一定的应用价值。

保偏光纤熔锥区的传输特性分析

建立了保偏光纤熔锥区截面的有限元模型,基于热-结构-电磁多物理场耦合有限元方法,分析了保偏光纤熔锥区的传输特性.给出了热应力导致的保偏光纤应力双折射及折射率变化曲线;分析了随着拉伸长度的增加,传输模式的转换以及传播常量的变化;分析了随着芯径的减小,应力区对电磁场分布的影响.

耦合型光纤振动传感器设计与分析

根据单模光纤耦合器的耦合比对耦合区长度变化敏感的特点,提出了一种耦合型光纤振动传感器,并设计了相应的解调系统对传感器的响应进行光电转换和信号处理。为了验证耦合型光纤振动传感器的性能,把一个动圈式振动传感器同时放置在试验台上,用橡皮锤敲击试验台,两个传感器的测量结果相吻合。实验证明,耦合型光纤振动传感器能够满足振动测量的要求。

耦合型光纤应变传感器的实验研究

利用光纤耦合器的耦合比对熔合区内弯曲和应力敏感的特点,在悬臂梁上对其应变响应能力进行了研究。与电阻应变片的对比实验表明单模熔锥耦合器的耦合比不但对应变敏感,而且变化有单调性。