基于单模-多模-单模光纤模间干涉的传感系统

基于单模-多模-单模光纤(SMS)结构的模间干涉现象,在外界环境变化时SMS光纤结构输出光场散斑图样的变化规律,提出了一种用于振动、应力及温度检测的光纤传感系统。该系统使用光电二极管测量散斑图样部分固定区域的光功率变化,即可得到施加在多模光纤上的外界应力,通过FFT和Hilbert变换,可得到外界振动(频率、幅度)和温度变化信息。对该系统的振动测量和温度测量进行定标后,经实验研究测得,该系统振动测量误差小于0.7Hz,温度测量误差小于5.0%。该系统结构简单,成本低,并可用于多参量的测量。

基于SCBSS信号处理技术的SMS多参量光纤传感系统

基于单通道盲信号分离技术(Single Channel Blind Source Separation,SCBSS)及单模-多模-单模(Single-mode-Multimode-Single-mode,SMS)光纤结构的模间干涉理论,提出了一种多参量光纤传感技术,实现了振动与应力、振动与温度的同时测量。在振动与应力同时测量时,振动频率误差为0.17 Hz,分离出的应力信号与实验操作吻合。在振动与线性降温、自然升温同时测量实验中,振动频率误差均在0.60Hz以内。线性降温时,温度误差在7.13%以内;自然升温时,温度误差在8.03%以内。该方法结构简单,成本低廉,精度高,可推广用于其他光纤传感系统,实现多参量同时测量。

基于半导体光放大器的干涉型器件中不协调性的分析

分析了SOA线宽增强因子α及交叉增益调制对干涉仪输出功率的影响,指出在SOA中由于交叉增益调制和交叉相位调制并存,干涉仪的两臂输出不能同时达到极大和极小值,存在一定的不协调性;干涉仪最佳工作点不是唯一的,而是存在一个和α一一对应的工作区间.文中对干涉仪的不协调程度、工作区间及消光比进行了详细分析,发现随着α的增加,干涉仪的不协调程度降低、工作区间范围缩小且干涉消光比提高;在和α对应的同一工作区间内,消光比随工作点的后移呈增加趋势.实验结果进一步证明了理论分析的正确性.

掺铒光纤中方波信号高次谐波的快慢光特性

光纤中方波信号的慢光技术在全光通信和光纤传感等领域具有重要的应用前景.提出了谐波相对延时量的度量方法,分别采用速率方程和相干布居振荡理论,对掺铒光纤中方波信号的基波和高次谐波的快慢光特性进行了研究.在无抽运光输入情况下,改变入射光功率,入射探测光的基波最大相对延时量能达到20%,且存在实现最大相对延时量的入射光功率为8 mW;在有抽运光输入的情况下,改变信号光增益,入射探测光的基波相对超前量同样能达到-20%,且随着信号光增益的增大而增加.N次谐波(N=1,3,5,7,···)在频率f/N(f为基波信号最大延时量对应的调制频率)处有最大相对延时量,且它们的最大延时量相同,频率处于相干布居振荡引起的光谱烧孔带宽内.

基于自相位调制原理的光纤非线性系数测量

光纤的非线性效应对于光纤通信具有重要意义。准确测量光纤的非线性系数是有效利用或抑制各种非线性效应的基础。介绍了利用自相位调制测量非线性系数的原理并探讨了对实验装置的具体要求;给出了色散位移光纤(DSF)和普通单模光纤(SMF)的实测结果;结果表明,无论使用输出光谱左侧还是右侧的主瓣和旁瓣光强比值I0/I1均可计算出准确数值;最后讨论了偏振和色散对测量结果的影响。

光栅尺解调的分布式光纤光栅传感系统

提出了一种新的利用光栅尺解调一组光纤光栅布喇格波长移动的系统。当光纤光栅所受的应力或温度发生变化时,光纤光栅的布喇格波长会变化(移动)。本系统利用一组光纤光栅作为敏感元件置于被测场中;利用另一组光纤光栅作为跟踪元件,跟踪从作为敏感元件的光纤光栅反射回来的布喇格波长的移动。当作为跟踪元件的光纤光栅的布喇格波长与作为测量元件的光纤光栅的布喇格波长对准时,探测器探测到最大的光强,此时,记下光栅尺的输出作为系统的测量结果。采用数字化的方法确定反射回来的布喇格波长的峰值点,从而提高系统的测量精度,使系统的测量线性大于0.999。并利用一个测量分辨率为0.01μm的光栅尺读出系统的测量结果,使本系统对光纤光栅布喇格波长移动的测量分辨率小于1μ应变量。

基于压电偏振控制器辅助POTDR的光纤弯曲半径测量研究

利用压电偏振控制器辅助POTDR(PPC-assisted POTDR)测量光纤不同弯曲半径下的双折射分布。在光纤弯曲半径不变的情况下,双折射系数仍然是一个随机变量,因此通过计算双折射系数并不能估算弯曲半径,必须对光纤进行多圈弯曲,通过平均双折射系数计算弯曲半径。提出引用计算被测弯曲半径的光纤双折射系数的分布函数与标准弯曲光纤(光纤标准弯曲半径为8cm)双折射系数分布函数的相关系数,来估算光纤的弯曲半径。这种方法有利于在光纤弯曲很复杂的情况下确定光纤的弯曲位置和弯曲半径。

基于全光缓存器的光纤传感甲烷多点监测系统

当前的光纤甲烷传感器通常使用长距离准直器，导致探头体积大、安装对准不易等问题．本文提出一种基于全光缓存器的光纤甲烷检测系统，利用全光缓存器多波长多圈缓存的特性，可将探测长度缩短为5cm，是国内外现有方案的1／6～1／10．本方案能有效缩小探头体积，同时保证检测精度．

低折射率芯色散补偿光子晶体光纤的设计

为对低色散斜率非零色散位移光纤进行色散补偿,对低折射率芯光子晶体光纤进行了研究。利用全矢量有限元法设计了三种色散补偿光子晶体光纤。数值计算结果表明,在1550nm处三种色散补偿光纤各自的相对色散斜率与相应低斜率非零色散位移光纤的值能很好地匹配,并且补偿后C波段的残余色散值很小。此外,设计出的色散补偿光纤是具有20μm2以上有效面积的低非线性光子晶体光纤。

O-RPR网络中622Mbps光上路源的研制

基于全光缓存器的光弹性分组交换环(O-RPR)是一种全光分组交换网络,能够克服目前RPR存在的电子瓶颈。为了模拟这种网络解决竞争的能力和解决网络的帧同步不丢失的问题,设计了一种基于FPGA的光上路源。它由数据包(帧)生成、并串变换和电光转换三部分组成,其包长、包内伪随机序列长度、及通信速率均可变,具有结构简单、成本低廉和操作方便的优点,已成功应用于O-RPR实验网络中。

光纤非线性偏振耦合引起偏振态抖动的研究

研究了光纤非线性偏振耦合引起的偏振态抖动的现象,从理论上导出了基于NRZ码的偏振复用系统中偏振度降低与两路调制信号的时域波形及他们的初始相位差之间的关系.对于100Gb/s的偏振复用系统进行了理论仿真,结果表明:只有当二路调制信号的光功率相等且初相位差为零或者π2时,所引起的偏振态抖动最小.

四元数偏振光学研究进展

全面地介绍了四元数方法在偏振光学中的理论研究进展,包括重新定义的斯托克斯四元数、琼斯四元数、琼斯-穆勒四元数(JMQ),指出了琼斯-穆勒四元数各个分量的物理意义,给出了斯托克斯四元数与琼斯四元数的简单关系。对于各向异性材料,给出了一种直接从各向异性材料的介电张量求出琼斯-穆勒四元数JMQ的方法。证明了多重双折射效应导致的合成双折射满足重新定义的矢量叠加原理,以及使用叠加原理的条件。介绍了四元数偏振光学在保偏光纤应力传感器中的应用,利用四元数方法分析了它们的偏振问题,进行了实验,结果表明,利用四元数方法的理论分析结果与实验结果互相吻合得很好。

光纤Mach-Zehnder干涉仪中的高阶模干涉现象

利用Hermite-Gauss函数、模式干涉理论以及电场矢量线性叠加方法,分析了高阶模经光纤Mach-Zehnder干涉仪后的输出光场的空间干涉现象,得出了两个高阶模之间干涉光场的公式,计算出了双模光纤中各模式之间空间干涉的光场。数值仿真结果表明二阶模之间的干涉光场是两个相同的圆形光斑,而基模和二阶模之间的干涉光场是两个不等大的圆形光斑。

全光缓存器研究的新进展

光数字分组交换是全光网的最终选择,全光缓存器是全光数字分组交换网的关键部件,在全光路由器、全光信号处理、射频光子学应用(相阵天线)等领域有广泛的应用前景。随着慢光技术的发展,全光缓存器的研究正成为当前研究热点。阐述了基于电诱导透明原理的慢光缓存器、以啁啾光栅为存储体的光栅型缓存器,以及以光纤为存储体的光纤环路型缓存器的原理、研究进展和存在问题,讨论了设计原则和改进措施。

基于光纤环形腔光数据包循环复制的实验研究

通过实验研究了利用不同分光比耦合器构成的光纤环形腔实现光数据包循环复制的效果,并理论分析了影响复制效果的结构因素。耦合器分光比、光纤环形腔中的损耗和噪声对复制效果有不同的影响。光纤环形腔中光放大器、滤波器的加入,以及光脉冲直流基座的降低,可以明显改善输出的幅值和复制序列长度。但实验显示,接近等幅复制的光放大会引起光纤环形腔的自激。在这一情况下,在输出端增加饱和半导体光放大器(SOA)可提高复制信号的识别效果。

全光触发器的研究进展

全光触发器是数字光信号处理的基础技术,也是全光分组交换网的关键技术之一。文章就光触发器的功能模型与性能指标提出了自己的见解,概括总结了各种光触发器的原理与性能,并进行了比较。

光纤型缓存器的研究进展

对评价全光缓存器的技术指标作了评述,指出数字光缓存器并不仅仅起拷贝作用,而且要满足同步以及读写控制等要求。阐述了前向型、反馈型、SBS慢光型以及光纤光栅等不同结构的光纤型全光缓存器的原理、优缺点以及存在问题,指出目前尚没有任何一种全光缓存器达到比较理想的功能与指标,应该向一个综合的全光缓存系统发展。

THz QCL波导结构研究与光束质量分析

THz量子级联激光器是理想的固态THz源,研究波导结构对激射光特性和远场光束质量的影响,是THz QCL设计中的关键。本文采用有限元方法对THz QCL双面和单面金属波导结构的限制和损耗特性进行分析,给出了限制因子、波导损耗和阈值增益随波导结构、激射波长等参数的变化关系。仿真实验结果表明:与单面金属波导相比,双面金属波导对光具有更好的限制作用,损耗也比较小,更适合做有源区的波导限制结构。在计算出波导中光场分布的基础上,又利用矢量衍射理论分析了THz QCL的光束质量,给出了不同波导宽度时出射光束的远场光束宽度和远场发散角,从应用方面为QCL的设计提供了一定参考。

基于SOA偏振旋转光开关的性能研究

利用SOA中的偏振主态的概念,理论分析了SOA中的偏振旋转的问题,并以此为基础提出了一种基于SOA中偏振旋转的光开关。这种光开关以SOA和偏振分束器(PolarizationBeam Combiner,PBC)为核心元件,利用光在SOA中的偏振旋转实现了光信号的开关,这种光开关具有开关速度快,功率均衡,易集成等优点,实验得到的开关消光比达到24 dB以上,开关速度达到20 ns。

测试光网络的突发信号源研究

随着IP业务的增长,光接入网和交换网中的数据业务呈现明显的突发特征,需要一种反映实际突发性的光信号源.本文通过对突发数据包物理特征的分析,提出了一种生成数据包的方法,给出了由均匀分布产生某一概率分布数据包的证明.分析了光调制器件的增益特性,提出改善突发信号质量的二级调制方法,并进行了相关实验,取得了预想的结果.