多芯光纤关键性熔接技术研究

利用长度为10 km的长距离传输七芯光纤模拟实际干路,对多芯光纤熔接技术进行了实验研究,并通过传输性能测试分析进行了熔接参数优化。实验结果表明:多芯光纤的熔接质量直接影响光纤传输损耗和串扰;熔接质量受光纤端面的处理质量、光纤重叠量、放电时间、电极间距等参数的综合影响。实验中通过程序控制多个熔接参数关联性优化,实现了典型值小于0.35 dB的低损耗七芯光纤熔接,且串扰小于-41 dB,可以更好地满足工程干路铺设的应用要求。

小芯径多模光纤拉曼分布式温度传感器

设计并制作了一种用于拉曼分布式温度传感的具有大有效模场面积和低模式色散的渐变折射率的小芯径多模光纤,同时达到了高空间分辨率和高温度分辨率。在现有的拉曼分布式温度传感系统基础上,测量了使用不同传感光纤和注入条件下的温度和空间分辨率。在满注入工作模式下,基于小芯径多模光纤的拉曼分布式温度传感器在25 km处达到了1℃的温度分辨率,空间分辨率的劣化仅为0.13 m,作为对比,使用多模光纤的拉曼分布式温度传感器的空间分辨率劣化了1.58 m。在单模注入条件下,基于小芯径多模光纤的拉曼分布式温度传感器在25 km处达到了4.7℃的温度分辨率,相对使用单模光纤有2.2℃的提升,同时空间分辨率没有劣化。

OTDR和光源功率计测试光纤接头损耗

在实际光缆施工熔接中,通常采用OTDR测试光纤接头损耗,但OTDR单向损耗包含了被接续两根光纤的背向散射特性差异,并不代表光纤真实的熔接损耗,因此采用单向损耗作为熔接损耗的判断标准,通常会造成误解和不必要的返工。而光源功率计的测试原理相对简单,只需从一个方向进行测试。本文基于某移动干线在开盘检测过程中采用OTDR测试出现的熔接损耗"大正大负"现象,特设计实验,分别采用OTDR和光源光功率计测试了熔接点损耗和光缆链路损耗,验证OTDR双向平均值的结果和光源光功率计测试结果趋于一致,从而证明OTDR测试熔接损耗和链路损耗的正确方法是双向测试取平均值,单向熔接损耗不影响实际光纤的传输性能。

G.654.E光纤传输链路的MPI研究

G.654.E光纤应用于传输系统中,因截止波长大以及与收发端设备的耦合方式,可能产生多路径串扰(MPI)从而影响传输性能。为了探究MPI的影响因素,通过窄带外腔激光器/光功率计法在1310 nm光源波长下分析了光纤类型、光纤长度、打圈条件、连接方式和尾纤类型对MPI的影响。实验结果表明:对于短距离链路,可通过热熔代替活动连接器以及打圈滤模来减小MPI;而对于长距离链路,尽量避免不同类型光纤的混合连接。

插层限域工程制备MXene及其复合材料的研究进展

MXene作为一类全新的二维材料(金属碳氮化物的总称),因其本征的纳米层状结构、可调的比表面积、良好的亲水性、优异的导电性和力学性能,使其在可充电电池、超级电容器、光(电)催化剂、透明导电膜、电磁干扰屏蔽和传感器、原油和重金属的吸附剂以及柔性高强度复合材料等众多领域具有广阔的应用前景。近年来,利用插层限域工程制备MXene及其复合材料,是先进功能材料领域的研究热点。主要综述了近几年利用插层反应促进MXene剥离及合成MXene基复合材料的研究进展,比较了不同插层反应合成的MXene及其复合材料的优缺点;同时对于未来MXene及其复合材料领域的发展提出了展望。我们认为MXene及其复合材料的稳定性问题是当前要解决的瓶颈;相信随着人工智能和机器学习技术在材料研究领域的快速发展,MXene材料稳定性问题将会得到解决,并且更多具有良好稳定性的MXene及其复合材料将会被设计和合成出来。

基于扫频光谱测量技术的快速高精度折射率传感系统

为达到医学、化学等不同领域对高精度折射率测量的较高要求,基于高精度扫频光谱测量技术,结合倾斜光纤光栅进行折射率测量,提出实现高精度折射率变化传感系统。对倾斜光纤光栅截止模进行了细微差别折射率下的光谱测量,测得折射率响应灵敏度为28.3 nm/RIU;对系统在固定折射率下对测量截止模光峰值中心波长的精度进行标定,算出系统的测量精度为1.15×10^-6 RIU,在静态测量情况下测量精度可以达到6.5×10^-7 RIU。

基于光弹法的光纤轴向残余应力检测研究

光纤的残余应力会影响其光学性能和机械特性,文中开展了基于光弹法的光纤轴向残余应力检测研究。建立光纤的光弹模型,利用琼斯矩阵分析光弹图中的光强分布特征,考虑残余应力导致的双折射相位差范围小的特点通过最小光强法进行相位提取,并仿真验证了相位提取算法的准确性,在待测相位不超过±5°条件下理论相位误差小于±0.02°;结合三次样条插值进行相位信息到应力结果的重建,获得的实验结果与商用仪器对比,除商用仪器在部分应力区域存在较大突变外,其余区域二者应力分布特征基本一致。

我国光纤传感技术发展路线图

四十多年来,我国光纤传感技术在经济发展和市场需求的牵引下快速成长。针对我国光纤传感若干典型的细分技术领域,概括性地给出了各个细分技术的发展历程、技术现状及面临的主要问题,使读者能更好地理解我国光纤传感技术发展的样貌,把握我国光纤传感技术市场需求呈指数型增长的发展趋势。

光棒废料中提取的白炭黑的疏水化改性

为找出光纤预制棒废料中提取的白炭黑的改性效果好的硅烷偶联剂,用KH-560、KH-151、KH-171、KH-602和CG-551等10种硅烷偶联剂对该白炭黑进行改性。白炭黑在140℃下活化20 h,将活化的白炭黑3 g分别与10种不同的偶联剂0.3 m L在45 m L二甲苯溶剂中130℃加热搅拌13 h,离心分离后,固体样品加适量的无水乙醇洗涤烘干后即得到改性的白炭黑。改性后样品的沉降性、亲油化度、表面羟基数等实验结果表明,10种硅烷偶联剂都能对白炭黑进行改性,其中KH-560、CG-8030、KH-151、KH-171、KH-172、KH-570对白炭黑的改性效果优于含氨基或巯基的KH-602、KH-792、CG-551、KH-550等。

28.09Tbit/s 12000km超高容量距离积单模光纤传输系统

近年来网络数据流量呈现爆发式增长,光纤通信系统作为全球宽带网络的基础,已承载着90%以上的数据流量,并继续朝着多维、超大容量、超长距离等方向发展。搭建了一套模拟跨洋传输的超高容量距离积单模光纤传输系统实验平台。在发射端,根据传输信道光信噪比,采用不同信息熵产生不同传输速率的偏振复用概率整形16阶正交幅度调制光信号。光纤传输链路是由国产超低损大有效面积光纤与国产超宽带低噪声C波段掺铒光纤放大器组成。整个系统基于129个波长信道(波长范围为1529.8~1568.2 nm)进行了传输验证,得到的传输容量为28.09 Tbit/s,传输距离为12000 km,总容量距离积达到337 Pbit·s^(-1)·km。

椭圆偏振保持光纤消光比测量的研究

偏振消光比是衡量光偏振特性的重要参数之一,椭圆偏振保持光纤是一种重要的新型保偏光纤,可以保持某种特殊椭圆偏振态的不失真传输。对现有消光比的定义进行了拓展,使之适用于椭圆偏振保持光纤。提出了一种按照新定义测量消光比的方法,并使用剪断法对一根长20m的椭圆偏振保持光纤进行了消光比劣化的实验测量。实验结果表明,以最短余长2m消光比为参考值,被测光纤在截断余长为10 m、15 m和20 m时的消光比相对劣化值分别为0.168dB/m、0.154 9dB/m和0.165 5dB/m。由此可知,消光比的相对劣化值虽然与光纤长度有关但并不呈线性变化。

基于超弱光栅阵列的管道泄漏监测研究

针对长距离输水管道泄漏安全监测问题,采用干涉型分布式超弱光纤光栅阵列振动传感技术,构建一种非侵入式、安全可靠的管道泄漏实时在线监测系统,通过搭建模拟实验测试平台,对不同流速与压强条件下管道泄漏导致的振动信号进行测量和监控,实现不同管道泄漏特征的定性与定量分析。实验结果表明,该系统能够在线监测并及时诊断输水管道泄漏情况,对泄漏测量精度大于99%,且能准确定位管道泄漏位置及其泄漏流量。

中心凹陷型少模掺铒光纤中的模场调控与增益均衡

中心折射率凹陷型少模掺铒光纤(FMEDF)可以改变传输模式的数量和截止顺序,在模场调控和增益均衡方面具有良好的性能。利用等效折射率理论描述光纤模式截止特性,研究了由传统阶跃折射率光纤向环芯光纤转变过程中的模式变化。结果表明,当中心凹陷大于0.012时,光纤仅支持LPn1模式传输,且使得LP01模场能量向远离中心区域方向偏移。此外,当光纤用于信号放大领域中,且折射率凹陷数值大小与掺杂区域半径之间符合相应的线性关系时,模式增益差可保持在2 dB以下。采用自制的中心凹陷型FMEDF对LPn1模式的增益特性进行了实验测试。实验结果表明,各信号模式增益均大于18 dB,模式增益差为1.3 dB。

基于静电纺丝纳米纤维膜的光纤温湿度传感器

设计一种由锥形无芯光纤级联光纤布拉格光栅组成的温湿度传感器,并在锥区采用静电纺丝的方式制备一层聚乙烯醇/羧甲基纤维素的复合纳米纤维膜。湿度的变化可以改变纳米纤维膜的有效折射率和厚度,从而影响光纤中光的传输损耗,进而使输出光谱功率发生变化,温度的波动会引起光纤光栅中心波长的漂移,通过监测输出光谱波峰功率和中心波长的变化量即可实现温湿度传感。对所设计的传感器进行温湿度响应测试.传感器的相对湿度灵敏度为0.0198dB/%,相对温度灵敏度为11.730pm/℃。结果表明静电纺丝法是一种制备光纤传感器表面湿度敏感涂层的有效方法。

波长可调谐窄线宽激光器的线宽特性

为了探究激光器线宽的综合特性,对波长可调谐窄线宽激光器的线宽进行了理论分析。搭建了基于非平衡马赫曾德尔干涉结构的延时自外差测量系统,以研究波长可调谐窄线宽激光器的稳态及动态线宽特性。为了平衡线宽测量的速度和精度,完成了不同接收机带宽下的线宽测试。针对激光器波长连续调谐时产生的线宽展宽问题,通过控制激光器波长调谐时的步进量保持输出功率的稳定性,补偿了线宽的测量误差。该研究不仅能完善激光器线宽特性的研究,对光频域反射技术的研究也具有重要意义。