三包层长周期光纤光栅谐振波长与薄膜光学参数的关系

通过求解严格的耦合模理论建立的三包层结构长周期光纤光栅特征方程,研究了三包层长周期光纤光栅谐振波长与第二包层(薄膜)的折射率和厚度之间的关系。结果发现,随着膜厚及折射率的增大,谐振波长偏移的变化分成三个区域,这与Nicholas D R的实验结果相符。利用HE/EH模的判据数,对三个区域的模特性进行了分析,给出了区域划分的衡量标准。给出了在不同薄膜参数时的长周期光纤光栅透射谱,发现一阶低次HE模式的耦合强度要远大于一阶低次EH模式。

长周期光纤光栅化学传感器研究进展

阐述了长周期光纤光栅(LPFG)化学传感器的结构与传感机理,介绍了LPFG化学传感器在化学溶液浓度测量方面的应用;讨论了光纤光栅化学传感器的最新研究热点——LPFC薄膜传感器;展望了LPFG化学传感器今后的发展方向。

啁啾长周期光纤光栅的滤波特性研究

基于光纤光栅耦合模理论,采用传输矩阵法对啁啾长周期光纤光栅的啁啾系数和光栅参量(光栅长度、光栅周期和折变量)对其滤波特性的影响进行分析。当啁啾系数处于-0.000008～-0.0004 nm/cm范围内时,可用于宽带带阻滤波器。当啁啾系数处于-0.05～-1 nm/cm范围内时,可用于多通道窄带滤波器。为啁啾光纤光栅滤波器的优化设计提供理论依据。

光化学传感器及其最新进展

从传感器材料、检测方法及传感器结构几方面,围绕光化学传感器的灵敏度、选择性和稳定性展开讨论,总结了光化学传感器近年来的最新进展,并对其今后的发展方向做出展望。

基于F-P腔的光纤光栅传感器波长移位量的检测

对构成法布里-珀罗腔(F-P腔)的光纤布喇格光栅的传输特性进行了分析,推导了F-P腔的光强透射率和反射率的解析表达式。将F-P腔内一个光纤布拉格光栅的背面贴一压电陶瓷,通过给压电陶瓷施加扫描电压使透过F-P腔的光的波长发生改变。光纤光栅受应力、应变及温度的影响时,其反射波长要发生相应变化,当探测器探测到最大光强时,根据给压电陶瓷施加的电压变化量就可确定布喇格光栅反射波长的移位量,测量精度可达到0.01 nm。

长周期光纤光栅气敏薄膜传感器结构优化

基于三包层长周期光纤光栅模型,研究了包层表面涂覆一层溶胶凝胶气敏薄膜的长周期光纤光栅化学传感器的灵敏度Sn与薄膜光学参量(折射率n3和厚度h3)和光纤光栅结构参量(光栅周期、折变量和光栅长度)之间的关系。采用最优化数值方法,找到了获得高灵敏度所需的最佳膜层光学参量和光栅结构参量。理论计算表明,该类型传感器对膜层折射率的测量分辨率高达10-8。实验上制作了对乙醇气体敏感的传感器,并证实了传感器结构优化的必要性。

镀膜双峰谐振长周期光纤光栅折射率传感的优化设计与实验

利用镀自组装薄膜的双峰谐振长周期光纤光栅（LPFG）实现了高灵敏的折射率传感,给出了提高镀膜双峰谐振光纤光栅对环境折射率（SRI）灵敏度的途径。确定最佳镀膜厚度,使光纤包层模位于模式转换区附近;调整光纤半径,使镀膜后光栅的双峰位于相位匹配转折点（PMTP）附近,给出了确定最优膜厚和光纤半径的方法。将不同半径的双峰光栅镀自组装聚丙烯胺盐酸盐（PAH）/聚丙烯酸（PAA）薄膜后,放入不同浓度的葡萄糖溶液中进行折射率传感实验。结果表明：通过优化光纤半径和薄膜厚度,镀膜后工作于模式转换区附近和PMTP附近的双峰光栅对1.333-1.372范围内折射率的灵敏度高达3985nm/RIU（RIU为单位折射率）,明显高于不在模式转换区或PMTP附近的光栅,亦高于已报道的非双峰镀膜长周期光纤光栅。

双峰效应光纤光栅薄膜传感器的优化设计

利用双峰谐振效应,通过在长周期光纤光栅(LPFG)包层表面涂覆一层对周围气氛敏感的薄膜,建立了一种新型薄膜传感器,其双峰谐振波长间隔随薄膜折射率的变化而变化。基于三包层光纤光栅物理模型,根据耦合模理论研究了传感器的灵敏度Sn与薄膜光学参数(折射率n3和厚度h3)和光纤光栅结构参数(光栅周期Λ、折变量σ)之间的关系。采用最优化数值方法,确定了最佳的膜层光学参数和光栅结构参数。计算表明,该类型传感器对膜层折射率的测量分辨率高达10-7。

薄膜消光系数对镀膜长周期光纤光栅传输谱的影响

在长周期光纤光栅外镀折射率随环境变化而改变的敏感薄膜,其谐振波长随薄膜折射率的变化而改变。对无吸收薄膜,光栅耦合强度为π/2时,其传输谱中谐振波长对应的损耗峰峰值为零。镀复折射率薄膜的长周期光纤光栅,耦合强度为π/2时,损耗峰不为零,在谐振波长对薄膜折射率变化响应灵敏的区域,包层模传输常数的虚部较大,损耗峰幅值减小,甚至消失,不利于谐振波长的测量。通过求解镀复折射率薄膜长周期光纤光栅的耦合模方程,得到了损耗峰峰值的解析解。找到了损耗峰为零的条件。在此条件下设计光栅,可以有效地避免损耗峰减小带来的不利因素。

表面膜层参数对长周期光纤光栅特性的影响

采用严格的耦合模理论建立了表面涂覆弱吸收薄膜长周期光纤光栅(LPFG)的理论模型,用微扰法对复数超越特征方程进行了求解。研究发现,对应某一膜厚,存在一折射率范围,有效折射率的变化和谐振波长偏移特别明显;但消光系数对有效折射率和谐振波长的影响则很小。从功率密度分布曲线可看出低阶奇次包层模式与纤芯模式的耦合要强于低阶偶次包层模式与纤芯模式的耦合,消光系数引起的功率损耗较小。薄膜折射率对透射谱的变化(幅度和谐振峰偏移)影响很大;消光系数对谐振峰偏移影响很小,对谐振峰幅度的影响与具体的薄膜折射率有关。结果表明,敏感薄膜折射率和消光系数与传感器的灵敏度高低有直接关系,传感器的结构优化非常必要。

表面镀层长周期光纤光栅双峰谐振及其透射谱研究

采用严格的耦合模理论,通过求解表面镀层长周期光纤光栅的特征方程,给出了双峰谐振波长的确定方法,以及它与光栅周期和模式序数之间的关系。结果表明,对应于较高次的包层模式,存在双峰谐振现象,且包层模式序数越高,与芯模产生谐振耦合所需的光栅周期越小。进一步讨论了双峰谐振波长的间距随薄膜参量与光栅参量变化的关系,描绘了这些参量对透射谱衰减谐振峰的影响,理论分析结果与X.W.Shu的无镀层长周期光纤光栅实验结果一致。这些研究为建立高灵敏的双峰谐振薄膜传感器提供了结构优化的理论支持。

薄包层啁啾长周期光纤光栅的色散补偿

为了提高啁啾长周期光纤光栅(LPFG)光纤通信的色散补偿能力,提出了利用薄包层啁啾LPFG进行色散补偿的方法。首行介绍了根据传输信号确定啁啾LPFG的啁啾系数、光栅长度等参数的方法。然后利用上述方法设计了对光纤中传输的中心波长为1550 nm。带宽为0.2 nm的信号进行色散补偿的薄包层啁啾LPFG。利用耦合模理论及传输矩阵法计算了约1 m长的此种啁啾LPFG的色散,结果表明可以补偿该光信号通过46 km光纤所产生的色散。进一步分析了切趾函数、啁啾系数、交叉耦合系数等参数对薄包层啁啾LPFG色散的影响。

新型高灵敏长周期光纤光栅溶胶凝胶气敏传感器

通过在长周期光纤光栅包层外涂覆一层溶胶凝胶气敏薄膜,设计了一种新型高灵敏光气敏传感器,折射率分辨率高达10-8。研究了传惑器灵敏度随薄膜参教与光栅参量的变化关系,给出了高灵敏度所需的最佳参数设计范围。实验上成功制作了镀膜光纤光栅乙醇传感器。