Nonlinear compression of picosecond chirped pulse from thin-disk amplifier system through a gas-filled hollow-core fiber

We theoretically study the nonlinear compression of a 20-rnJ, 1030-nm picosecond chirped pulse from the thin-disk amplifier in a krypton gas-filled hollow-core fiber. The chirp from the thin-disk amplifier system has little influence on the initial pulse, however, it shows an effect on the nonlinear compression in hollow-core fiber. We use a large diameter hollow waveguide to restrict undesirable nonlinear effects such as ionization; on the other hand, we employ suitable gas pressure and fiber length to promise enough spectral broadening; with 600-μm, 6-bar （1 bar = 105 Pa）, 1.8-m hollow fiber, we obtain 31.5-fs pulse. Moreover, we calculate and discuss the optimal fiber lengths and gas pressures with different initial durations induced by different grating compression angles for reaching a given bandwidth. These results are meaningful for a compression scheme from picoseconds to femtoseconds.

GH3128薄板搭接环芯组合光纤激光焊接焊缝形貌调控

航空发动机因内流道结构的入口端和出口端不同,其焊接问题是一大难题,如何在实际焊接中做到焊缝熔宽连续可控已成为研究热点。针对GH3128高温合金开展环芯组合光纤进行激光搭接焊研究,通过纯中心激光焊接得到了焊缝深度为1.5 mm的工艺参数,在此基础上通过环芯组合焊接得到了实际熔深为1.51~1.81 mm、熔宽为0.25~0.75 mm的焊缝,对环芯组合光纤激光器的中心光束和环形光束传播规律及焊缝形貌调控原因进行分析。分析发现,环形光束的加入有利于降低激光束照射到材料表面的温度梯度,从而影响焊缝成形,通过环芯组合的激光焊接可得熔深合理、熔宽连续调控的GH3128薄板搭接焊缝。

基于光纤温度和应变传感器的物理创新实验

为了实现温度和应变同时测量,本文设计了一种基于多模干涉的光纤温度和应变传感器.该传感器利用光纤熔接机将一段细保偏光纤和一段细芯光纤错位熔接后引入萨格纳克环中而制成.由于光纤错位和模场失配,传感器内存在偏振模干涉和纤芯模-包层模干涉.对不同温度和应变作用下采集到的传感器透射谱进行滤波处理,可提取两种干涉对应的透射谱.基于透射谱中两个不同波谷的温度和应变灵敏度建立同时测量矩阵,即可实现温度和应变的同时测量.实验数据显示该传感器的温度和应变分辨率分别为0.30℃和13.50με.本实验可以作为物理和光电相关专业本科生物理创新实验,帮助大学生掌握光纤传感原理、实验技能和数据处理与分析方法.

基于光纤气泡级联的高灵敏度马赫曾德干涉液体折射率传感器

通过化学腐蚀方法制作了一种基于光纤气泡级联马赫曾德干涉液体折射率传感器.在细芯光纤两端熔接切割端面被腐蚀的单模光纤,构成气泡-细芯光纤-气泡结构,该结构中两个气泡耦合光场,细芯光纤作为传感臂,构成光纤马赫曾德干涉仪.对该传感器的干涉谱能量随折射率的变化规律进行了研究,结果表明：干涉谱的能量与环境折射率之间存在较好的线性关系,同时波长变化对环境折射率变化不敏感;当外界折射率变化范围在1.345-1.389时,传感器的灵敏度为-216.21dB/RIU.该传感器在生物化学领域有较好的应用前景.

基于薄芯光纤模态干涉技术的折射率传感特性实验研究

报道了一种具有微结构缺陷的折射率传感器,并对其折射率特性进行了实验研究.将一部分薄芯光纤熔接于标准单模光纤中,由于插入的薄芯光纤和单模光纤纤芯失配,导致包层的高次模被激发并与纤芯模在单模光纤内形成干涉仪.通过减小薄芯光纤的包层直径,以增强包层中的传输模在环境中的倏逝场,从而提高对环境折射率测量的灵敏度.实验表明,该折射率传感器具有损耗低、成本低、灵敏度高和线性度好等特点.

基于多模-细芯-多模光纤结构的Mach-Zehnder干涉仪的温度传感实验研究

介绍了一种基于纤芯失配的光纤Mach-Zehnder干涉(MZI)液体温度传感器。并对所制作的传感器进行了环境溶液温度响应特性实验研究,实验结果表明干涉谱峰值波长漂移量与溶液温度变化量之间存在良好的线性关系,当环境溶液温度变化范围在26~90℃时,传感器相应灵敏度为42.6pm/℃,线性度为0.994,且该传感器能够很好的消弱环境液体折射率变化对干涉谱峰值波长的影响,溶液折射率在1.345~1.403变化范围时,灵敏度仅为0.247 nm/RIU。

基于细芯保偏-细芯光敏光纤结构的Sagnac干涉仪的温度和应变传感实验研究

提出并实验验证一种基于纤芯失配的光纤赛格纳克(Fiber Sagnac Interferometer,FSI)温度和应变传感器。该传感器由细芯熊猫型保偏光纤(Thin-Core Panda Polarization Maintaining Fiber,TPMF)与细芯光敏光纤(Thin-Core Photosensitizer Fiber,TPSF)熔接并引入Sagnac环中制成。实验研究了不同TPSF长度对温度和应变灵敏度的影响。结果表明,当TPSF长度分别为12 cm和16 cm时,获得的最高和最低温度灵敏度为-1.93 nm/℃和-1.46 nm/℃,但TPSF长度对传感器的应变灵敏度影响不大,相关指标都优于相关文献报道的非填充或无涂层光纤温度和应变传感器。该传感器具有灵敏度高、制作简单、稳定性好等优点。在物理、生物和化学传感方面具有潜在的应用前景。

基于S锥结构光纤传感器的研究

针对传统基于S锥结构的光纤传感器存在制作工艺复杂、灵敏度低和温度交叉敏感等问题,本文设计并验证了一种同时测量折射率(refractive index,RI)和温度的新型光纤传感器。传感结构由细芯光纤(thin-core fiber,TCF)上制作的S锥结构和单模光纤(single-mode fiber,SMF)上制作的球形结构组成,并对光谱特性进行理论和实验研究。实验结果表明,在1.3384~1.3527的折射率范围内,折射率灵敏度最大可达到-201.19074 nm/RIU,折射率灵敏度是现有的基于单模S锥结构光纤传感器的4倍。在30℃~70℃变化范围中,温度灵敏度最大可达到0.0717 nm/℃。通过将灵敏度系数代入灵敏度矩阵中,可实现折射率和温度的双参量测量,温度交叉敏感问题得以解决,具有制作成本低、结构简单、实验稳定性好等特点。该研究应用前景广阔。

基于细芯光纤与双球结构的干涉型光纤传感器

制作了一种基于细芯光纤TCF(Thin-Core Fiber)和双球结构的干涉型光纤传感器。在两根单模光纤的一端分别制作球形结构,两个球形结构由细芯光纤相连构成MZ干涉结构,实现了对温度、折射率、拉力3个物理量的测量。实验结果表明,温度、折射率、拉力的灵敏度分别是0.066 5 nm/℃、-33.652 nm/RIU、-0.360 8 nm/N,且线性度良好。该传感结构在环境监测、医疗卫生和安全监测等领域有着广泛的应用。

基于细芯光纤和球形结构的干涉型光纤传感器

设计制作了一种基于细芯光纤(Thin-core Fiber,TCF)和球形结构的干涉型光纤传感器.将一根单模光纤和一根细芯光纤熔接,然后在另一条单模光纤上制作球形结构,再与该细芯光纤熔接,制成传感单元.利用纤芯模和包层模的干涉,实现了对温度和压力的传感.实验结果表明,两个干涉谷Dip1和Dip2的温度灵敏度分别为0.0561 nm/℃和0.0542 nm/℃,压力敏感度分别为0.0418 nm/N,0.0306 nm/N.由于两个干涉谷的温度、压力灵敏度分别不同,所以可以利用敏感矩阵实现温度、压力双参量的同时测量。

基于细芯光纤与双球结构的温度湿度传感器

为了实现多参量的同时测量,制作了一种将两根单模光纤的一端起球后,并在中间熔接一根3.4 cm长的细芯光纤;然后在细芯中间拉锥,从而构成马赫-曾德尔干涉仪;利用传感器透射谱中特定波长范围内的不同谐振峰,完成温度与相对湿度的同时测量。结果表明:传感器透射谱谐振峰波谷Dip1和波峰Dip2的中心波长随温度变化、相对湿度变化均有很好的线性关系。特别是在谐振峰波峰Dip2的中心波长处测得温度灵敏度达到35.79 pm/℃,湿度灵敏度达到45 pm/%RH。设计出的传感器结构简单、成本低、灵敏度高、结构重复性好,在环境监测和安全监测等领域能起到重要作用。

用于测量折射率的光纤迈克尔逊干涉型传感器

提出了一种基于单模光纤-四芯光纤-薄芯光纤(SMF-FCF-TCF)迈克尔逊干涉结构的折射率传感器。采用直接熔接的方式将各光纤进行熔接,由于各光纤之间纤芯的直径不匹配,因此在光纤的熔接处会发生光的激发和耦合。薄芯光纤端面涂覆有一层银面反射膜并用紫外固化胶进行保护来增强光在端面的反射率。四芯光纤作为传感结构中的耦合器,激发了更多的光进入薄芯光纤的包层中,提升了传感器的灵敏度。对传感器的折射率和温度传感特性分别进行了实验探究,实验结果表明,在折射率1.333 3~1.379 4范围内的灵敏度为137.317 nm/RIU,线性度为0.999,并且温度对传感器的影响较小。该传感结构熔接方式简单,在折射率测量领域具有一定的应用前景。

同时测量温度与折射率的细芯锥形光纤传感器

在工程实际中,具有多参量同时测量功能的光纤传感器有很大的市场需求。为了实现多参量的同时测量,提出了一种“单模—无芯—细芯—无芯—单模”光纤熔接与拉锥的马赫-泽德尔干涉仪传感器。细芯光纤作为传感器的主要传感元件,利用多功能光纤熔接拉锥机对细芯光纤进行了精准拉锥,提高了传感器对环境温度与折射率的敏感度。研究了传感器对环境温度与折射率的传感特性,利用传感器透射谱中2个谐振峰波谷的温度和折射率灵敏度,构建测量矩阵,消除了交叉敏感,完成了温度与折射率的同时测量。实验结果表明:传感器透射谱谐振峰波谷的中心波长随温度变化、折射率变化均有很好的线性关系,最大温度灵敏度达到33.63 pm/℃,最大折射率灵敏度为-135 nm/RIU。该传感器尺寸小、集成度高、结构简单、制作容易、灵敏度高,在工业、民用、日常生活等方面有一定的应用价值。

在光纤拼接处刻写长周期光纤光栅及其传感应用

在"单模光纤-细芯光纤"拼接处刻写了Type II型长周期光纤光栅,构成一种高温光纤传感器。该传感器实际由2段不同的长周期光纤光栅级联构成,在第二个光栅形成了Mach-Zehnder干涉,因此,传感器透射谱由长周期光纤光栅与Mach-Zehnder干涉仪共同作用形成。利用传感器的透射谱与环境温度的线性变化关系,进行环境温度测量。实验中选取传感器透射谱的2个谐振峰波谷dip 1和dip 2来测量外部温度变化。实验结果表明:在300℃~800℃高温测量范围中,波谷dip 1处温度灵敏度为103.4 pm/℃,波谷dip 2处温度灵敏度为121.8 pm/℃,测量最高温度可达到800℃。该传感器制作简单易重复、灵敏度高、线性度好、成本低,在高温传感领域有一定的应用价值。

基于无芯光纤的MZI及其湿度传感特性

提出并且实验验证了一种新型光纤湿度传感器,它是利用无芯光纤与单模光纤拼接成马赫—曾德尔干涉仪(MZI),然后采用提拉法在无芯光纤的包层表面涂覆明胶薄膜而构成。实验结果表明:通过解调传感器透射谱谐振峰波长的偏移量,实现了相对湿度的测量。传感器对高湿度环境非常敏感。传感器对湿度响应速度快,对环境温度具有一定的敏感度,温度与湿度测量交叉敏感小。提出的传感器结构简单、成本低、制作容易、灵敏度高、响应快速,在工程实际中有一定应用价值。

注塑工艺参数对矩形薄壁件纤维取向影响模拟研究

以矩形薄壁件为研究对象,基于Folgar-Tucker张量模型,研究了注塑工艺参数:注射时间、模具表面温度、熔体温度对纤维取向的影响,并着重探讨了注射时间对纤维取向沿厚度方向分布的影响。研究结果表明:注射时间对纤维取向的影响最显著;随着注射时间的增加,平均纤维取向程度大幅降低,而模具表面温度与熔体温度对纤维取向的影响较小,且随着注射时间的增加,核层宽度变窄,而壳层宽度变宽。

增强弹性缓冲材料在CCL层压制程中的应用

随着PCB朝薄型化和线路精密化发展,基板要求越来越薄,同时基板可靠性要求越来越高,牛皮纸等传统缓冲材料已经无法完全满足其层压制程中对压力缓冲性的要求,文章主要研究在CCL层压制程中搭配使用增强弹性缓冲材料,以降低薄芯层压板缺陷率。

细芯长周期光纤光栅构成的湿度传感器

利用高频CO2激光器分别在细芯光纤和普通单模光纤中刻写了光栅周期参数相同的长周期光纤光栅,然后采用提拉法分别在这两个长周期光纤光栅的包层表面涂覆了聚乙烯醇(PVA)薄膜,构造了两款光纤湿度传感器。对比研究了这两款光纤湿度传感器的湿度与温度传感特性。实验结果表明,两款湿度传感器通过解调透射谱的波长偏移,实现了环境相对湿度(RH)的测量。同时,在环境湿度高时具有很高的湿度灵敏度,在环境湿度低时灵敏度较低。细芯长周期光纤光栅湿度传感器对湿度变化的响应时间短响应速度更快,同时它对环境温度变化的敏感度低,环境温度变化对湿度测量交叉敏感小。设计的湿度传感器结构简单、成本低、制作方便、灵敏度高、响应快速,在分析化学、环境监测和生物传感方面有一定应用前景。

一种聚合物涂覆光纤盐度传感器

为了提高传感器灵敏度,减少成本,提出了一种基于聚酰亚胺涂层的全光纤Mach-Zehnder(MZ)干涉式盐度传感器,传感部分由单模光纤-小芯径光纤-单模光纤(Single mode fiber-Thin core fiber-Single mode fiber,STS)错芯熔接而成,并将聚酰亚胺作为敏感膜涂覆在小芯径光纤之外,利用聚酰亚胺在电解质溶液中的溶胀特性而实现对盐度的传感。利用实验室配制的NaCl溶液进行传感器性能测试实验,结果表明,在其它条件不变的情况下,涂覆的敏感膜越厚,灵敏度越高。

温度自补偿的级联式光纤表面等离子体共振折射率传感器

提出并制备了一种温度自补偿的光纤表面等离子体共振(SPR)折射率传感器,用于实现温度和折射率(RI)的同时测量。该传感器利用细芯光纤(TCF)与多模光纤(MMF)构成MMF-TCF-MMF双通道级联结构,通道1涂覆银膜实现折射率传感,通道2涂覆复合膜(Ag-ITO)以及聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜来实现温度传感,进而达到温度补偿的目的。当折射率和温度变化时,两个共振波长将发生变化,通过监测两个共振波谷的波长偏移可以同时测量折射率和温度。实验结果表明,两个通道在1.333~1.357 RIU(RIU为折射率单位)范围内的折射率灵敏度分别为3141.85 nm/RIU和0 nm/RIU,40~80℃范围内的温度灵敏度分别为-0.07 nm/℃和-1.74 nm/℃。该传感器具有体积小、灵敏度高、易制作等优点,在生物医学、环境监测等领域具有一定的应用价值。