摻鍺石英光纖光致折射率變化實驗

熔融石英、光學石英玻璃的折射率（之一）波長（毫微米）水晶熔制石英玻璃合成石英 玻璃185.411.57464-193.53 1.56071-202.541.547291.54717206.201.54269 1.54266213.85-1.53434214.451.53385-226.50 1.523181.52299232.941.51834-237.83-1.51473248.20-1.50841250.201.50762-257.62 1.50397 1.50351265.36-1.49994274.871.49634-280.35- 1.49403289.36-1.49098298.061.488591.48837307.59-1.48575313.17-1.48

石英玻璃紫外波段折射率測量

采用改進化學汽相沉積(mcvd)與溶液摻雜結(jié)合的方法探討了摻鉍石英光纖預制棒的制備工藝,研制了具有紅外寬帶發(fā)光特性的摻鉍sio2-al2o3-geo2光纖。研究了不同摻鍺濃度與氧氣濃度條件下制備的預制棒的光譜特性。摻鉍預制棒切片在532nm和808nm光激發(fā)下,產(chǎn)生中心波長為1146nm,半峰全寬為204nm與中心波長為1281nm,半峰全寬為250nm的近紅外發(fā)光。拉制的光纖在808nm光激發(fā)下,產(chǎn)生了中心波長為1265nm,半峰全寬為280nm的近紅外發(fā)光;在976nm光激發(fā)下,觀察到光纖產(chǎn)生中心波長為1125nm,半峰全寬為460nm的超寬帶近紅外發(fā)光。光纖與預制棒的發(fā)光存在明顯差異。通過控制預制棒制備工藝可以使鉍摻雜光纖的發(fā)光滿足實用的需要。

主要探討了折射率與增益的共同導引下,折射率徑向平方律變化的增益引導光纖束縛因子的大小。首先解出了折射率徑向平方律變化的增益引導光纖的場解,然后由波印廷定理推導得出了光纖中束縛因子的計算公式,最后利用數(shù)值計算的方法,得到了這種光纖在單模傳輸下的束縛因子的大小范圍。結(jié)果顯示:折射率平方律變化的增益導引光纖具有比折射率階躍變化的增益導引光纖更好的束縛能力,利用這種光纖能使光纖激光器得到更高的輸出功率。

將長周期光纖光柵(lpg)和光纖sagnac環(huán)相結(jié)合,實現(xiàn)了折射率和溫度的同時測量。首先利用二氧化碳激光器在保偏光纖上制作了長周期光纖光柵(pm-lpg),然后把該pm-lpg和普通單模光纖耦合器組成sagnac環(huán),作為傳感單元。實驗選擇其某一透射峰作為測試對象,其波長隨溫度變化,強度隨折射率變化,因此可實現(xiàn)兩個參量的同時測量。實驗獲得的溫度靈敏度為-0.654nm.℃-1,折射率靈敏度為49.9db.riu-1。整個實驗系統(tǒng)成本低、簡單實用,具有較好的應用前景。

利用連續(xù)光纖激光器為泵浦源,對單模石英光纖中的受激喇曼散射進行了實驗研究在較低功率泵浦下,觀察到由自發(fā)喇曼散射向受激喇曼散射演化的過程中,光譜不斷變窄;當stokes波信號功率較強時,觀察到光譜峰值相對于泵浦波的頻移量從440cm-1轉(zhuǎn)化到490cm-1在改進耦合系統(tǒng)后,不僅觀察到一級喇曼頻移,并且觀察到了高階stokes光在產(chǎn)生多級喇曼光譜時能量移動比較復雜,每兩級的喇曼頻移間隔并不完全相同

理論分析和模擬仿真研究了激光點火系統(tǒng)中光纖端面損傷、光纖初始輸入段損傷和光纖內(nèi)部損傷機理。結(jié)果顯示:端面損傷主要是由光纖端面的雜質(zhì)和缺陷引起;光纖初始輸入段損傷是由光束的初次反射造成光纖局部激光能量密度增大引起的;光纖內(nèi)部體損傷主要由于激光自聚焦效應引起損傷和光纖受到的意外應力產(chǎn)生微小碎片,吸收激光能量,引起光纖局部損傷。給出了激光點火系統(tǒng)中提高光纖損傷閾值的一般方法,主要包括光纖端面處理、設(shè)計合理的激光注入耦合裝置。

理論分析和模擬計算了少模光纖布拉格光柵基模及高階模的耦合與傳輸特性,得到在相同外部折射率變化情況下,少模光纖基模與高階模耦合對應的布拉格波長變化,比正、反向基模之間耦合對應的布拉格波長變化顯著增大。實驗上制作了少模光纖布拉格光柵,測量了基模之間以及基模與高階模之間對應的布拉格波長隨外部折射率、溫度變化的情況,得到與理論分析相符的結(jié)果。而對于溫度變化對折射率測量結(jié)果干擾的問題,提出了通過計算布拉格波長差來克服溫度影響的方法。這些結(jié)果為采用布拉格光纖光柵測量外部折射率變化提供了一種新的途徑。

提出一種通過布拉格光纖光柵傳輸譜線計算其纖芯直徑和折射率的方法.實驗中采用較短波長的相位掩模板及紫外光照射載氫的單模光纖來寫布拉格光柵.通過測量lp01模與反向傳輸?shù)膌p01、lp02模耦合所對應的損耗峰,并將對應的兩中心波長分別帶入色散方程,來計算同時滿足布拉格光柵相位匹配條件的解,即可求出該光纖光柵纖芯直徑和折射率.這種方法為測量光纖光柵參數(shù)提供了一種新的途徑.

亞波長直徑微納光纖強倏逝場傳輸?shù)墓鈱W特性,使其對周圍介質(zhì)折射率的變化具有極高的靈敏度.本文提出一種基于微納尺度光纖布拉格光柵(mnfbg)的折射率傳感器,結(jié)合微納光纖倏逝場傳輸和光纖布拉格光柵(fbg)強波長選擇的特性來實現(xiàn)高精度折射率傳感,對其制備可行性進行了討論.論文中對mnfbg折射率傳感機理進行了深入的理論分析,并使用optigrating軟件進行了數(shù)值模擬,模擬數(shù)據(jù)顯示mnfbg折射率測量的靈敏度隨著光纖半徑的減小而增加,其中光纖半徑為400nm的mnfbg靈敏度可達到993nm/riu,相比于包層蝕刻的fbg靈敏度增加了170倍,說明mnfbg對發(fā)展微型化、高靈敏度折射率傳感器具有良好的應用前景.

研究單端腐蝕光纖布拉格光柵(fbg)在低折射率區(qū)(約1.333～1.360)對折射率與溫度同時測量的理論模型,分析其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對折射率靈敏度和線性度的影響,建立相應的線性近似理論和誤差分析方法。理論仿真結(jié)果表明,可通過減小腐蝕區(qū)的直徑或選擇光柵周期較大的fbg制作傳感器來提高折射率靈敏度,但這同時會降低傳感器的線性度及增大折射率靈敏度的理論誤差。在此理論分析基礎(chǔ)上,設(shè)計并制作一個單端腐蝕fbg,進行相應實驗研究,實驗結(jié)果與仿真結(jié)果一致。

提出了基于光纖布拉格光柵(fbg)包層模式的折射率傳感方案。實驗中,利用不同濃度的丙三醇水溶液作為外界折射率傳感溶液,采用氫氟酸溶液化學腐蝕的方法來減小光纖包層的直徑以增大包層模式對外界折射率的敏感度,研究了腐蝕后光纖布拉格光柵包層模式的耦合波長對外部折射率的變化關(guān)系。實驗結(jié)果表明在1.3300~1.4584的折射率范圍內(nèi),包層模式耦合波長隨外界折射率增大而增大,在接近光纖包層折射率處具有很高的折射率靈敏度,最大達到了172nm/riu(refractiveindexunit)。而且,包層模諧振的光譜半峰全寬(約0.07nm)僅為布拉格纖芯模諧振光譜半峰全寬的1/4,能夠獲得更好的傳感精度。

探索了新型er-tm共摻石英基質(zhì)超熒光光纖光源的特性,在粒子數(shù)方程和功率傳輸方程的基礎(chǔ)上對其放大自發(fā)輻射(ase)特性進行了理論分析。在單向泵浦中,分析了泵浦功率和信號功率隨光纖長度的變化特性,描述了在不同光纖長度、離子濃度及泵浦功率下信號譜的變化趨勢;在雙向泵浦中,討論了泵浦功率和信號功率隨光纖長度的變化特性以及信號譜相對于光纖長度和泵浦功率的穩(wěn)定性。結(jié)果顯示,利用er-tm共摻石英基質(zhì)光纖可以獲得穩(wěn)定的100nm放大自發(fā)輻射帶寬,大約是傳統(tǒng)摻鉺光纖超熒光光源帶寬的兩倍,但輸出功率比后者低3個量級以上。

用10m長單模石英光纖進行受激拉曼散射溫度特性研究,實驗中發(fā)現(xiàn)在泵浦光和一級stokes左右出現(xiàn)了附加峰(稱為雙峰),其峰強度隨溫度的升高(80～295k)呈現(xiàn)先增加后減弱現(xiàn)象。當溫度達到295k時,一級stokes雙峰消失。由受激四光子混頻理論計算可知,這種雙峰現(xiàn)象是受激四光子混頻的結(jié)果。同時對srs一級stokes所產(chǎn)生的受激四光子混頻的stokes頻移隨溫度升高由706.9cm-1增大到712.9cm-1和其半寬度由1.75nm增至2.18nm的現(xiàn)象也進行了解釋。

根據(jù)菲涅耳公式和功率反射系數(shù)關(guān)系式,分析纖芯失配型光纖傳感器折射率傳感原理;采用單模/多模光纖制作傳感器,研究傳感器輸出光功率隨甘油溶液折射率變化特征,并驗證理論計算結(jié)果。表明媒質(zhì)折射率n_2=1.300～1.441時,傳感器輸出光功率強且?guī)缀醪话l(fā)生變化;n_2=1.441～1.452時,傳感器輸出光功率呈線性快速下降,其斜率為-155.91;當媒質(zhì)折射率與單模光纖包層折射率接近時,傳感器輸出光功率幾乎為0。驗證實驗發(fā)現(xiàn),傳感器線性快速下降的折射率范圍為1.442～1.454,斜率為-49.67,其輸出光功率隨甘油溶液折射率變化規(guī)律與數(shù)值模擬結(jié)果基本一致。該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、傳感系統(tǒng)全光纖化等特點,能用于有毒有害、易燃易爆等特殊環(huán)境下物質(zhì)折射率的高精度測量。

纖芯失配的光纖Mach-Zehnder折射率傳感器

基于多模干涉效應的單模-多模-單模(sms)結(jié)構(gòu)光纖折射率傳感器通常需要進行包層腐蝕來提高靈敏度,而且易受環(huán)境溫度影響。為克服sms結(jié)構(gòu)的這些不足,提出了一種新型的基于纖芯失配多模干涉的光纖折射率傳感器,由單模光纖-色散補償光纖-單模光纖(smf-dcf-smf)級聯(lián)光纖布拉格光柵(fbg)構(gòu)成,長度不超過100mm。對其靈敏度、線性范圍和溫度特性等進行了測試,實驗結(jié)果顯示在測量折射率為1.33～1.39的折射率液時,特征波長與折射率呈線性關(guān)系,靈敏度為232.8nm,級聯(lián)的fbg具有良好的溫度校準功能。

采用matlab和comsol建立單模光纖內(nèi)激光傳輸模型,對雙包層內(nèi)光纖折射率和纖芯結(jié)構(gòu)對光能量分布的影響進行了理論研究。系統(tǒng)分析了光纖芯徑與數(shù)值孔徑、歸一化頻率和功率填充因子的關(guān)系,依據(jù)得到的結(jié)果進一步采用多模物理耦合仿真方法對不同類型的單模雙包層光纖纖芯的能量分布進行仿真,探索了不同折射率分布情況對纖芯能量分布的影響。計算和仿真結(jié)果表明:凹面折射率分布光纖的光斑模場面積最大,單位面積的功率分布最低。針對大功率光纖激光器的應用需求設(shè)計了工作波長為1.064μm、纖芯直徑為10μm、凹面直徑為8μm、數(shù)值孔徑為0.12的單模凹面折射率雙包層光纖,為提高光纖泵浦效率、降低纖芯的能量密度提供了思路。

為了研究γ射線輻照對石英光纖的影響,實驗研究了單模石英光纖在不同γ射線輻照條件下,回波損耗、偏振相關(guān)損耗、散射損耗、吸收損耗、模場分布以及導模傳播常數(shù)等光學參數(shù)的變化。利用x射線衍射技術(shù)測試了光纖輻照前后的密度變化。利用相干光干涉和光激勵熱馳豫效應,開發(fā)了一種新的光熱相移技術(shù),為光纖抗輻照加固研究提供了一定的實驗參考。

通過對幾種單模及多模光纖折射率分布測量方法的分析研究,得到單模光纖與多模光纖折射率分布測量方法的根本區(qū)別。由于單模光纖芯徑比較小,因而只能用波動理論分析其傳輸機理,其中的遠場法和近場法測量都是基于標量亥姆霍茲波動方程,即以單模光纖的基本傳輸理論進行測量;而多模光纖由于其芯徑比較大,故而用射線理論分析其傳輸原理較為合理。多模光纖的折射近場法和近場掃描法均是以纖芯半徑處數(shù)值孔徑不同,對應的折射模和傳導模不同為依據(jù)來進行測量的。

塑料光纖pof與石英光纖和銅纜優(yōu)劣對比 近年來，全球塑料光纖市場需求呈不斷攀升趨勢，通信用塑料光纖市場以每年約20%的速率 增長。在歐洲、美國、日本等發(fā)達地區(qū)以及韓國、巴西等，是塑料光纖主要消費地區(qū)，塑料 光纖市場比較成熟。 在國家對“光進銅退”政策的大力支持下，國內(nèi)的塑料光纖技術(shù)的應用得到進一步發(fā)展，塑料 光纖技術(shù)已成為解決終端用戶最后幾百米的最可靠、最快速的通信傳輸方式之一，并已列入 電力新技術(shù)、新產(chǎn)品、新成果的應用領(lǐng)域中。目前，塑料光纖在通信行業(yè)的應用正逐漸在全 球興起。作為新興的通信技術(shù)符合國家“光進銅退”、低碳、節(jié)能、環(huán)保的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。 塑料光纖pof與石英光纖的對比 石英光纖具有帶寬大,衰減低等特點，是長距離通信干線的理想的傳輸介質(zhì)，但在光纖入戶 時卻遇到巨大困難。其芯徑細(8~62.5μm),在光纖耦合、互接中需要高精密度對準，幾微米

根據(jù)導波光的微擾理論得到了線雙折射磁光光纖光柵中導波光耦合模方程,并給出了其解析解。借助于歸一化斯托克斯參量,研究了線雙折射與磁圓雙折射對光纖光柵中光偏振態(tài)的影響。研究表明,線雙折射磁光光纖光柵中存在左旋和右旋兩個本征的橢圓光偏振態(tài),線雙折射或磁圓雙折射的大小只引起本征偏振態(tài)橢圓率的變化,而不改變主軸方位角。通過調(diào)節(jié)磁光光纖光柵中兩種雙折射的相對大小可方便地控制輸出導波光的偏振態(tài),從而使磁光光纖光柵在光纖通信與傳感中具有廣泛的潛在應用。