基于外部气相沉积的S+C+L波段低色散斜率大有效面积非零色散位移光纤的设计与制备

针对现有光纤无法满足宽带光密集波分复用系统传输和S+C+L波段粗波分复用的要求,设计了一种具有中心凹陷的三角形芯+环形的折射率剖面,利用外部气相沉积工艺制备了一种非零色散位移光纤,并通过调整第一芯层的相对折射率和第二芯层与第一芯层的半径比,探究了其对光纤衰减、色散斜率和有效面积等参数的影响。研究发现,当第一芯层的相对折射率逐渐增大且第二芯层与第一芯层半径比逐渐减小时,零色散波长和有效面积逐渐减小。当第一芯层的相对折射率在0.52%~0.53%,芯层半径比在2.6~2.7时,光纤的有效面积接近70μm^(2),零色散波长在1420 nm附近,在1550 nm波段的色散系数大于8 ps·nm^(-1)·km^(-1),色散斜率为0.059 ps·nm^(-2)·km^(-1),可以较好地抑制传输过程中光非线性效应,满足长途干线网与城域网的使用要求。

蓝宝石光纤及其高温传感器

单晶蓝宝石光纤具有热稳定性好、机械性能强、化学性能稳定等优点,在高温、高压等恶劣环境中的应用受到广泛关注.介绍了单晶蓝宝石光纤的制备方法、基本特性及高温传输特性.重点讨论了目前基于单晶蓝宝石光纤制备的高温传感器件,包括法布里-珀罗干涉仪、布拉格光栅、以及迈克尔逊干涉仪,并分析了这些传感器的制备方法和工作原理.最后针对单晶蓝宝石光纤与传统单模光纤难兼容的问题,介绍了蓝宝石衍生光纤的制备及其传感器的最新进展,并展望了未来蓝宝石光纤的发展方向.

抗辐射保偏光纤的制备及其特性研究

本文通过对保偏光纤进行光漂白与低温相结合处理的方式,来提高光纤的抗辐射性能。保偏光纤再经过1.0 kGy的高剂量预辐照处理后,其损耗会明显增大。随后采用980 nm的激光对光纤进行光漂白处理,其损耗并没有发生明显变化。但是,处理后的样品在小剂量辐照条件下其光纤传输呈现先减小后增大的趋势。对于通过液氮进行冷处理的预辐照样品,其光纤传输损耗得到明显的降低,同时光纤经过小剂量辐照后的损耗同样也具有先减小后增大的现象。最后,将两种处理方式相结合,一方面可以有效地降低预辐照光纤的传输损耗,另一方面也使得保偏光纤在小剂量辐照的条件下,使其传输损耗具有减小的趋势,大大提高了保偏光纤在小剂量辐照条件下的抗辐照特性。

CO_2激光加热硅芯光纤预制棒的温场分布

研究了10.6μm CO2激光加热硅芯光纤预制棒的温场分布,在考虑预制棒表面热辐射和空气对流的情况下,用有限元软件COMSOL Multiphysics建立了激光加热预制棒的传热物理模型,比较了激光功率、激光光斑半径和预制棒直径对温场分布的影响,同时提出CO2激光加热与石墨炉加热结合调节温场分布的方法。仿真结果显示,激光参数和预制棒直径都会明显影响预制棒温场分布,且激光光斑半径3mm,功率达到400 W的激光器可用于直径10mm内的硅芯光纤预制棒制备硅芯光纤。通过CO2激光加热和石墨炉加热相结合的加热方式,能更加灵活有效地调节预制棒的温场分布,构建适合硅芯光纤拉丝的温场条件。

面向太空环境应用的抗辐照有源光纤特性研究

针对太空恶劣辐射环境会造成光器件的光学性能下降或失效的问题,利用改良化学气相沉积法(MCVD)结合原子层沉积(ALD)掺杂技术制备铋铒共掺光纤(BEDF)和掺铒光纤(EDF),经不同辐照剂量的伽马射线处理后,对它们的光谱特性进行对比研究。光纤样品分别经0.3kGy、0.5kGy、0.8kGy和1.5kGy辐照处理,对比光谱发现BEDF的辐照诱导损耗(RIA)的增幅明显低于EDF,特别是经1.5kGy的辐照处理后,EDF的RIA比BEDF高1.93dB/m。EDF的荧光强度随辐照剂量的增加而降低,且低于未辐照前的荧光强度;而对于BEDF而言,其荧光强度随辐照剂量的增加先增加后减弱,且均高于未辐照的荧光强度。实验结果表明,BEDF具有一定抗辐照特性,对应用于太空环境具有重要研究意义。

溶胶凝胶涂敷光纤耦合器热光开关的研究

实现一种简易的热光开关,利用有机-无机混合溶胶凝胶材料的温敏特性,在光纤耦合器表面涂敷了一层温敏薄膜,通过温度改变了耦合器的折射率分布。当薄膜的折射率大于耦合器的石英材料折射率时,耦合器的传输损耗高,会发生光的抑制,反之则能够正常通光。利用温度变化这一特性,设计热光开关的装置,该装置成本低,制作简便,稳定性高,有一定的使用价值。

基于碳纳米管的被动锁模超快光纤激光器(上)

作为超快光纤激光器核心部件的可饱和吸收体近年来在纳米科学发展的带动下取得了很多突破性的进展,尤其是以碳纳米管材料为代表的光纤型可饱和吸收体受到了国际上的广泛关注。超快光纤激光器的应用不断扩展,包括精细加工、光谱特性探测、无损成像、光频率梳产生、材料的超快动力学研究等。针对近年来基于碳纳米管的超快光纤激光器的工作做一部分综述工作。对碳纳米管的原理、制备、非线性光学特性,尤其是在超快光纤激光器中的应用做出总结。

基于少模掺铒光纤的10模式光纤放大器

对于模分复用系统,结合高模式增益和宽带宽增益特性的少模掺铒光纤(FM-EDF)放大器具有较高的应用价值。利用改进的化学气相沉积法(MCVD)结合溶液法制备了一种新型FM-EDF。该FM-EDF在976 nm和1 530 nm处的吸收系数分别为10.6 dB/m和35.0 dB/m;由COMSOL软件中有限元差分模块理论计算可得,其可支持10个空间模式(LP_(01)、LP_(11a/b)、LP_(21a/b)、LP_(02)、LP_(31a/b)以及LP_(12a/b)模式)的光传输。基于该FM-EDF搭建了全光纤放大系统并对其光模式放大特性进行了实验研究,研究结果表明,该光放大系统在40 nm带宽(1 525~1 565 nm)范围内获得10个模式的增益均大于17.0 dB,且差分模式增益均小于0.5 dB。因此,FM-EDF放大技术在模分复用系统中的广泛应用可进一步扩展光纤通信容量,具有重要的实际应用意义。

基于FBG传感器的光伏电站箱变设备的温度监测

针对光伏电站箱变设备在运行过程中的产热问题,基于光纤布拉格光栅传感技术,设计了温度在线实时监测系统,实现了对箱变进线柜中变压器、输电线缆接头、箱体壳等11处关键点温度的在线实时监测。对监测所得结果,分析了24 h的温度数据,很好的反应了监测点的温度变化情况,所得温度数据,可用于进一步开发保护预警系统。与传统测量方法相比,光纤布拉格光栅传感技术具有绝缘、耐高压、抗电磁干扰能力强等优点,并可应用于不同电学环境的温度监测。

单个乳腺癌细胞表面增强拉曼光谱研究

将内吞进入细胞内部的金纳米颗粒作为表面增强拉曼散射光谱的活性增强基底,通过共聚焦显微拉曼光谱仪测试单个人乳腺癌细胞(MCF-7)的常规拉曼光谱和表面增强拉曼光谱,并进行了初步峰位归属分析及不同拉曼峰强度柱状图对比分析。实验结果表明,内吞金纳米颗粒的单个MCF-7细胞的表面增强拉曼光谱相比于常规拉曼光谱包含更多的细胞生化物质拉曼信号,并且谱线强度有显著增强。由于细胞中各种生物分子在结构和含量上的变化可以反映细胞代谢及病理变化,因此,以具有高灵敏度的金纳米颗粒作为生物分子探针可能成为探测细胞内部组分信息的一种有效的方法,基于内吞金纳米颗粒的单个MCF-7细胞SERS技术在乳腺癌的诊断和治疗方面具有广阔的应用前景。

包层模谐振特种光纤及传感特性研究

研究了一种具有双包层结构的包层模谐振特种光纤,该特种光纤具有一个低折射率内包层,基于耦合模原理,纤芯模与包层模之间发生谐振耦合,从而获得具有带阻特性的传输光谱。系统介绍了包层模谐振光纤的制备、传输原理及其弯曲、溶液折射率、折射率/温度双参量等传感特性。实验和理论研究结果表明,包层模谐振特种光纤对于弯曲、溶液折射率参量具有良好的敏感性,此外,通过内包层掺杂可以调节包层模谐振光谱的温度敏感特性。

特约主编寄语

建设新型电力系统、加速新能源的利用消纳,是推进电力能源革命和构建清洁低碳、安全高效能源体系的重大举措,也是保障我国能源安全的必然选择。随着新型电力系统建设的日益推进,高电压、大容量的传统电力装备被广泛应用于新型电力系统源、网、荷、储等多个环节中;与此同时,以高功率密度电力电子装备、大容量直流气体绝缘设备等为代表的新型电力装备被大量投入使用,其可能出现的电、热失控给电网运行带来巨大的安全隐患。针对这些新形势、新问题,亟须在构建新型电力系统过程中,增强新、旧电力装备的状态感知与健康评估能力,保障大型清洁能源的集中外送和有效消纳。

法拉第旋转镜对旋转光纤磁光性能测量的影响

为了解决随机线性双折射对光纤磁光特性测量的影响,采用旋转光纤(SF)结合法拉第旋转镜(FRM)的测量方法,研究了FRM对旋转光纤磁光特性测量的影响。首先,从理论方面研究旋转光纤与FRM的引入如何减小光纤中的随机线性双折射对磁光特性测量的影响,并搭建基于FRM的旋转光纤磁光特性测试系统。当光源波长为1310 nm时,FRM作用前的旋转光纤费尔德常数都比未旋转光纤的大,且旋转光纤的节距越短,费尔德常数越大。特别是旋转光纤的节距为1.0 mm时,其费尔德常数为0.8304 rad/(T·m),比未旋转光纤的费尔德常数[0.8029 rad/(T·m)]增大了约3.43%。当测试系统加入FRM后,不同光纤的费尔德常数测量值相较于未使用FRM的光纤费尔德常数测量值都有一定幅度的增大,尤其相比于节距为1.0 mm时的旋转光纤更进一步提高了7.50%,并且在FRM作用前后不同光纤费尔德常数测量值的均方差分别为0.99%和0.61%,说明FRM的引入提高了掺杂光纤费尔德常数的测量精度与稳定性。

基于强度检测的包层模谐振特种光纤传感系统

提出了一种基于强度检测的包层模谐振特种光纤传感系统。包层模谐振特种光纤是一种新型的传感元件,对折射率和弯曲等物理量十分敏感。利用它的光谱滤波特性,结合分布式反馈激光器的窄带光谱,可将传感参量改变而引起的光谱移动,最终转化为光强度的变化。在该传感系统中设置了参考光路,抑制了光源波动对实验结果的影响。分析了传感系统中其他影响传感精度的因素。这种方法基于光强度的测量,采用全光设计,无需机械部件调谐,具有方法简单、成本低廉等优点。通过实验,实现了0.0005 R.I.U.(单位折射率)的解调精度。

基于外部气相沉积工艺的新型大有效面积非零色散位移光纤的设计与制备

采用一种具有中心凹陷的三角芯+环型的折射率剖面设计,利用外部气相沉积(OVD)工艺制备了新型非零色散位移G.655.D光纤。实验结果表明:在1550 nm和1625 nm波长处,光纤的衰减值分别为0.195 dB/km和0.203 dB/km,截止波长为1200 nm;将光纤绕在半径为25 mm的圆柱体上100圈,此时其在1550 nm和1625 nm波长处的宏弯损耗值分别低于0.027 dB和0.045 dB;该光纤在1530~1625 nm波段的色散为1.6~9.5 ps/(nm·km),尤其是在1550 nm波长处,其有效面积达到72μm^(2),比常规G.653光纤大1.4倍。通过这种设计和方法制备的光纤可以实现零色散波长的平移,获得良好的纵向色散均匀性、较低的弯曲损耗以及较大的有效面积,适用于1530~1625 nm波段的密集波分复用应用,在长距离光纤通信中对四波混频(FWM)、交叉相位调制(XPM)等非线性效应具有较好的抑制作用,可以减少色散管理成本,具有非常重要的应用价值。

石英包层LYSO:Ce闪烁光纤的电子辐射传感特性

为提高闪烁光纤辐射探测性能,采用改进的插棒法制备了基于高性能闪烁晶体材料LYSO∶Ce的石英包层晶体闪烁光纤。利用电子加速器进行电子辐照对比实验,研究了石英包层LYSO∶Ce闪烁光纤(SLCF)与现有的石英包层YAG∶Ce闪烁光纤(SYCF)的电子辐射响应,并进一步分析了光纤长度、光纤与辐射源距离对SLCF的辐射传感特性的影响。通过辐射实验验证了SLCF的辐射传感特性的可重复性。实验结果表明,SLCF具有优良的电子辐射响应和传感特性。

掺铈石英闪烁光纤的伽马传感特性研究

提出了基于溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备掺铈石英闪烁光纤,将其作为辐射传感头,搭建了对伽马辐射敏感的光纤传感系统。通过改变溶胶-凝胶中铈元素掺杂浓度,分别拉制出Ce与Si的摩尔分数分别为0.14%和0.22%的闪烁石英光纤。利用137Cs伽马辐射源,研究了闪烁光纤涂覆层、铈元素掺杂浓度及闪烁光纤长度等参量对辐射传感特性的影响。

光纤超声安全监测研究进展

超声波在金属、陶瓷等不透明介质中具有强穿透特性,其作为感测单元的超声安全监测技术已成为一种重要的检测工具。与传统的压电超声传感器相比,光纤超声传感器具有较强的抗干扰性、复用性、高灵敏性和宽探测频带,在结构无损探测和电力安全系统等领域具有大量的应用。针对安全监测中声发射信号的特性以及探测手段,主要综述了光纤超声传感技术以及光纤超声在安全监测领域中的应用,并就光纤超声传感机理、传感方法以及传感过程中存在的问题进行深入分析,最后对本领域未来潜在的发展方向和应用价值进行讨论。

基于内调制啁啾脉冲的高信噪比低成本直接探测型φ-OTDR系统

提出一种新型的基于内调制啁啾脉冲的高信噪比(SNR)直接探测型相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)。通过理论分析可得,利用啁啾脉冲的方法并通过提高受激布里渊阈值可提高注入光能量,提高探测信号中的直流分量可使信号与噪声分离,进而提升SNR。提出一种φ-OTDR系统信噪比的综合评判方法,对SNR的统计特性进行分析。同时,开展了基于分布式反馈激光器的内调制直接探测型φ-OTDR系统实验研究,利用可调谐滤波器对内调制产生的频率啁啾范围进行控制,经对比实验验证,可得所提系统与传统φ-OTDR系统的信噪比期望相当,分布方差更小,测量可靠度更高的结论。此外,该系统还具有成本低、结构简单等优点,实际应用时可以利用光纤布拉格光栅代替可调谐滤波器,提升其应用的灵活性,为工程应用提供新的解决方案。