光纤-明胶法布里-珀罗干涉湿度传感器

在单模光纤尾端熔接几十微米长的空芯光纤及在空芯光纤尾端涂覆明胶湿度敏感膜,构成法布里-珀罗干涉结构,感应湿度变化引起的明胶膜厚度变化对干涉腔长的调制,通过光谱测量实现了对相对湿度的传感。研究结果显示,该传感器在温度为20℃下,20%~80%RH的湿度范围内,灵敏度达到192 pm/%RH,并拥有较好的测量精度和重复性。此外,对传感器在温度分别为15℃和25℃下进行湿度上升实验,获得灵敏度分别为173 pm/%RH和194 pm/%RH。为了同时监测环境温度的变化,在传感器的尾纤级联了光纤光栅,实现对温度的同时测量。该光纤湿度传感器制作简单、灵敏度高、可同时测量温度,有望在湿度测量领域获得应用。

基于BOTDA的分布式光纤高温传感研究(特邀)

基于布里渊光时域分析(Brillouin optical time-domain analysis,BOTDA)测量技术分别研究了单模光纤、光子晶体光纤和镀金光纤在1100℃、1200℃和1000℃的高温传感特性,通过对石英光纤的布里渊频移(Brillouin frequency shift,BFS)跳跃现象和涂覆层燃烧现象进行研究,指出石英光纤均需要退火才能够达到热稳定状态。退火后,三种光纤的布里渊频移随温度呈非线性变化。其中,单模光纤和光子晶体光纤高温状态下涂覆层气化,二氧化硅发生晶化导致其机械强度大幅下降,因此仅能作为一次性高温传感器;镀金光纤由于金涂层具有较高的熔点和良好的气密性,高温退火后仍然能够保持良好的机械强度,因此可以作为一种重复使用的高温传感器。该研究有望为高温传感应用(如涡轮发动机内部温度监测)提供一种技术参考。

混沌激光偏振度对同步质量影响的实验研究

对主从开环结构下,混沌激光偏振度对混沌同步质量的影响进行实验研究。在背靠背和200 km传输条件下,分析混沌激光偏振度以及同步质量的演变规律,发现随着距离和时间的增加,混沌激光偏振度逐渐减小,导致激光器的有效注入强度降低,进而削弱了注入锁定效应,恶化了主从混沌同步质量。增大注入强度可以提高同步质量对偏振度变化的容忍度,有助于实现稳定的长距离混沌激光同步。

基于FBG啁啾效应的强度解调型光纤热式风速计

针对现有的波长解调型光纤布喇格光栅(FBG)风速计系统成本高、操作不方便等问题,提出一种基于FBG啁啾效应的强度解调型光纤热式风速计。使用泵浦激光对长度为15 mm的FBG进行非均匀加热后,使其产生明显的啁啾效应,利用啁啾化FBG在风速作用下温度梯度降低导致啁啾程度减弱,其反射光功率也随之减小的原理,成功实现了强度解调型的FBG风速测量。实验结果表明:风速计的测量范围达0~11 m/s,在风速为0.1 m/s时风速计的灵敏度高达-28.60μW/(m·s^(-1)),其动态响应时间小于1 s(低风速到高风速约为0.3 s,高风速到低风速为0.9 s)。

多模光纤反馈半导体激光器产生无时延特征混沌

提出了一种基于多模光纤模间色散的无时延特征混沌产生方案。在多模光纤长度为4.4 km、芯径为62.5μm、反馈强度为0.1的条件下,实验获得了无时延特征的混沌信号。进一步理论分析了多模光纤的纤芯直径、相对偏移、长度对混沌光模场的影响,结果显示:随着纤芯直径和相对偏移的增大,模式数量逐渐增多,模场分布变复杂;随着光纤长度的增加,模式分离程度(即模间色散)增大。最终探明了多模光纤相对偏移、反馈强度、长度对时延特征的抑制规律。结果表明,在与实验相同的纤芯直径和反馈强度下,消除时延特征的多模光纤的临界长度为1 km。

面向混沌激光熵源的安全随机数提取

基于混沌激光的随机数发生器可以实现大量高速的真随机数产生。然而,受随机数产生过程中引入的额外技术噪声影响,原始随机数无法提供真随机性。为了从信息论的角度实现安全随机数的产生,必须定量评估熵源产生的随机性。本文中通过实验搭建基于混沌激光的随机数产生装置,使用条件最小熵评估原始随机数中可提取的真随机性。同时,通过更换不同的器件讨论关键参数对原始随机性的影响。在原始随机数的后处理提取过程中使用信息论可证安全的Toeplitz提取器,最终实现了安全随机数的产生。

高增益二级双程L波段扩展掺铒光纤放大器

近年来,L波段扩展掺铒光纤放大器(EDFA)由于能覆盖更宽的波长范围而备受关注,但其增益水平普遍较低。本文采用1480 nm激光泵浦Er/Yb/P共掺光纤,结合双程放大和预放大技术,研制了高增益的L波段扩展EDFA。实验装置在1556~1621 nm的65 nm范围内获得高于20 dB的增益,最大增益达48.8 dB(1566 nm),30 dB增益带宽达58 nm(1558~1616 nm),噪声系数在1580~1610 nm范围内低于5.8 dB。该研究工作有效提高了L波段扩展EDFA的增益水平,并将噪声系数控制在较低的范围,可有效提升常规光纤通信系统的传输带宽和容量。

Yb^(3+)/Tm^(3+)共掺磷酸盐玻璃的上转换发光性能

采用高温熔融法制备Yb^(3+)/Tm^(3+)共掺的磷酸盐玻璃,探讨了Tm^(3+)摩尔分数和玻璃基体中Te^(4+)摩尔分数对玻璃上转换发光性能的影响。吸收光谱表明,玻璃中的Yb^(3+)和Tm^(3+)在300~1450 nm波长的吸收位置互不干扰。研究了制备的玻璃样品在980 nm波长激光二极管泵浦下的上转换发光性能。结果表明,Yb^(3+)/Tm^(3+)在476 nm(1G_(4)→3H_(6))、650 nm(1G_(4)→3F_(4))和793 nm(3H_(4)→3H_(6))三个位置有上转换发光峰。其中,793 nm的近红外发光峰最强,476 nm的发光峰强度次之,650 nm的发光峰强度最弱。通过调整Tm^(3+)的摩尔分数和玻璃基质中Te^(4+)的摩尔分数可以实现对上述三个发光峰强度的调制。

光源加热型高灵敏度光纤热式风速计

针对光纤热式风速计需要专门的泵浦激光或加热电阻所带来的成本增加和操作不便,提出了基于光源自加热效应的高灵敏度光纤热式风速计。首先在单模光纤端面用紫外光固化胶制作法布里-珀罗干涉仪并将其作为传感探头;然后利用传感探头对输入宽带光源的吸收所产生的热量,获得自身较高的初始温度;最后测量传感探头在气流作用下温度降低及应变所引起的干涉光谱的波长漂移量,根据波长漂移量与风速的特定关系来实现风速测量。在0~7 m/s的风速范围内对传感探头进行测量,结果表明传感探头获得高达-3.13 nm/(m·s^(-1))的风速灵敏度,响应时间约为250 ms。