长周期光纤光栅折射率传感的研究

由光栅周期的不同,光纤光栅可分为布喇格光纤光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPG).FBG的周期约为几百纳米,主要特性是将某一频段的光反射回去,形成以谐振波长为中心的窄带光学滤波器,LPG的周期通常为几十到几百微米,主要特性是将导波中某频段的光耦合到光纤包层中损耗掉,是一种透射型光纤器件.LPG对于温度、应力、外界折射率等参数的变化都有很高的响应灵敏度,研究表明,LPG对于温度的调协范围约为FBG的7倍,而对于外界折射率变化时的谐振峰中心波长移动量也明显高于布喇格光栅.由光纤场分布形式可知,光纤对于包层模的束缚性较芯模为弱,高阶模的束缚性较低阶模弱.也就是说当环境参数发生变化时,包层模式传播常数、有效折射率等参数的变化要大于芯模,高阶模式各参数的变化大于低阶模式.相位匹配条件的变化将会引起耦合谐振峰中心波长位置的改变,而FBG的谐振峰是由前向芯模和后向芯模耦合而成,而长周期光栅的谐振峰是由前向芯模和同向包层模耦合而成.因此长周期光纤光栅对于环境参数的敏感性要高于一般的光纤光栅,在光纤传感测量方面具有很高的实用价值.     

长周期光纤光栅的耦合特性及模拟分析

本文基于三层光纤模型和耦合模理论,数值计算了弱导阶跃单模光纤中写入的非倾斜均匀长周期光纤光栅对透射谱的影响.计算结果表明:随着长周期光纤光栅周期数的增加,透射谱损耗峰峰值变大,带宽减小;随着折射率调制的增大,透射谱损耗峰峰值变大,带宽减小,损耗峰向长波方向漂移;随着光栅周期的增大,损耗峰向长波方向漂移.     

长周期光纤光栅折射率传感的研究概况

由光栅周期的不同．光纤光栅可分为布喇格光纤光栅（FBG）和长周期光纤光栅（LPG）。FBG的周期约为几百纳米．主要特性是将某一频段的光反射回去．形成以谐振波长为中心的窄带光学滤波器，LPG的周期通常为几十到几百微米，主要特性是将导波中某频段的光耦合到光纤包层中损耗掉，是一种透射型光纤器件。LPG对于温度、应力、外界折射率等参数的变化都有很高的响应灵敏度，研究表明，LPG对于温度的调协范围约为FBG的7倍．而对于外界折射率变化时的谐振峰中心波长移动量也明显高于布喇格光栅。     

倾斜光纤光栅透射光谱对外界介质折射率的响应规律研究

倾斜光纤光栅因其独特的结构在传感和通信领域应用前景广阔。基于模式耦合理论,仿真研究介质折射率对倾斜光纤光栅透射功率谱的影响及其变化规律。研究结果表明,当介质折射率在1.35至1.4之间变化时,本文设计的倾斜光纤光栅透射功率谱包层谐振峰位置随外界介质折射率的增大而逐渐向长波长方向移动,波长偏移量与外界介质折射率之间呈良好的线性关系,利用这个结论可进行介质折射率的测量。     

占空比对高频CO2激光脉冲制作的LPFG光谱影响

文章对采用高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅(LPFG)的透射谱进行了理论分析,把LPFG的折射率调制类型近似为倒三角波,研究了其谐振波长与占空比的变化关系,发现高阶包层模与低阶包层模具有完全不同的特点,在参数变化时两者的谐振波长向相反的方向移动.通过实际制作周期500 μm的光栅验证了这种差别.     

基于倾斜布拉格光纤光栅的高灵敏度折射率传感器

制备了不同倾斜角度的倾斜布拉格光纤光栅,用于测量周围环境的折射率.当环境折射率增加时,高阶包层模谐振峰会逐渐消失,即将逐渐消失的高阶包层模谐振峰的波长会随环境折射率的增大而线性增大.测得的折射率灵敏度在500 nm/RIU以上.通过选择适当的倾斜角度,制得的光纤传感器可以满足不同范围的折射率测量.     

涂覆PDDA/PSS膜的长周期光栅对湿度的响应性能

用静电自组装的方法在长周期光栅的表面制备了聚二甲基二烯丙基氯化铵/聚苯乙烯磺酸钠（PDDA/PSS）膜,并研究了它们对空气中湿度的响应。实验结果表明,随着空气绝对湿度的增加,长周期光栅传输谱的谐振峰波长逐渐向长波方向移动,在25～45℃范围内,饱和蒸气压与谐振峰波长呈现了很好的线性关系,相关系数为0.9727。涂覆PDDA/PSS膜的长周期光栅能感受空气中水蒸气的含量,有望用于制作湿度传感器。     

拉锥光纤长周期光栅模式分裂与折射率特性

仿真研究了拉锥光纤长周期光栅的传输特性,发现长周期光纤光栅的同一阶包层模分布曲线在光纤锥区直径为55~110μm时会发生分裂,且分裂后的光栅谐振峰对于外界折射率的灵敏特性有较大差别.     

单个LPFG实现溶液温度和折射率测量的两种方法

长周期光纤光栅(LPFG)具有不同损耗峰,对外界环境表现出不同的灵敏度;一个损耗峰近似线性区的光强对数值与外界环境参量均具有线性关系,并且折射率在一定范围内时损耗峰中心波长与外界环境参量同样具有线性关系。本文提出两种单个光纤光栅进行温度和折射率同时测量的方法,长周期光纤光栅透射谱的两个不同阶次的损耗峰具有不同的温度和折射率灵敏度;一个损耗峰的近似线性区内光强对数值和其损耗峰同样具有不同的温度折射率灵敏度。利用这两种谱特性实现单个光栅双参数测量。对长周期光纤光栅的光谱进行理论分析和数值仿真,证实了这两种方法的可行性。单个长周期光纤光栅作为传感器较其他结构复杂的传感器的灵敏度相对较低,由于其解调简单、成本低廉、体积小巧,具有很好的应用前景。     

石英毛细管中回音壁模式激光的波长漂移特性

 利用石英毛细管截面构成的圆形微腔,从实验和理论2个方面研究了回音壁模式激光辐射随增益包层溶液的折射率以及染料浓度的变化特性.实验结果表明,随包层溶液折射率的增加,回音壁模式的激光辐射向短波方向漂移;随包层溶液中染料浓度的增加,回音壁模式的激光辐射向长波方向漂移.包层溶液折射率的增加导致微腔品质因数降低,而染料浓度的增加致使激光增益范围向长波方向扩展.基于如上分析,结合微腔理论和染料激光的四能级模型,成功地解释了实验结果.     

长周期光纤光栅拐点对外界折射率的敏感性

应用耦合模理论,研究了长周期光纤光栅拐点传感对外界折射率的敏感性,包括耦合波长、耦合系数以及透射谱随外界折射率变化的情况.     

光子晶体光纤光栅谐振波长的特性研究

应用多极法理论和传输矩阵法,对基于包层空气孔为正六边形对称结构的光子晶体光纤的布喇格光栅特性进行了计算和仿真。对比研究了常规单模光纤所成光栅与相同光栅周期的光子晶体光纤布喇格光栅反射谱之间的差异,重点研究了光子晶体光纤的结构参数变化(间隙孔半径、层数)与光子晶体光纤光栅的谐振峰变化规律。当光子晶体光纤的间隙孔半径增大时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现蓝移;当光子晶体光纤的间隙孔径不变而层数增加时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现红移。     

Suppression of Cladding Mode Coupling by B/Ge Codoped Photosensitive Fiber With Photosensitive and Depressed Inner Cladding

Excess loss on the short wavelength side of the Bragg resonant wavelength caused by cladding mode coupling limits wide use of grating in the fiber communication system, especially in densed wavelength division multiplexing (DWDM) system.A novel photosensitive fiber design that have depressed cladding and photosensitive inner cladding in the same fiber is proposed, which can suppress cladding mode coupling greatly.Using MCVD method B/Ge codoped fiber with depressed cladding was fabriceted out, which was also doped in boron and germanium and had the photosensitivity.Finally, the transmission spectrum of written grating in this fiber by phase mask method verified its larger photosensitivity and greatly suppression of cladding mode coupling.     

Suppression of Cladding Mode Coupling by B/Ge Codoped Photosensitive Fiber With Photosensitive and Depressed Inner Cladding

Excess loss on the short wavelength side of the Bragg resonant wavelength caused by cladding mode coupling limits wide use of grating in the fiber communication system, especially in densed wavelength division multiplexing (DWDM) system.A novel photosensitive fiber design that have depressed cladding and photosensitive inner cladding in the same fiber is proposed, which can suppress cladding mode coupling greatly.Using MCVD method B/Ge codoped fiber with depressed cladding was fabriceted out, which was also doped in boron and germanium and had the photosensitivity.Finally, the transmission spectrum of written grating in this fiber by phase mask method verified its larger photosensitivity and greatly suppression of cladding mode coupling.     

图案化聚合物表面的形状记忆特性

利用纳秒激光双光束干涉的光刻方法,在光刻胶层制备具有周期性的一维光栅结构样品,并研究其形状记忆特性.结果表明:显影后的样品在环境温度为195℃及压力的作用下,光栅形貌发生改变,光栅垂直高度降低,衍射光强减弱;当样品冷却至室温时,光栅形貌可维持不变;当样品的环境温度为120℃时,光栅形貌恢复原状,实现微观形状记忆功能.     

长周期光纤光栅模式与耦合系数的研究

从耦合模理论出发,采用三层介质光纤模型,用数值计算的方法分析了长周期光纤光栅纤芯模和包层模的有效折射率,一阶低次包层模的耦合系数随波长以及阶次的变化关系.研究发现,低次包层模的最大耦合系数对应的模次随波长增大而减小,不同光纤参数下耦合系数随波长变化的规律不同.耦合系数直接影响到光栅透射谱损耗峰峰值,这对长周期光栅的设计有一定的参考价值.     

长周期光纤光栅的耦合模理论

为了分析长周期光纤光栅的耦合机制和光栅特性，基于耦合模理论，对长周期光纤光栅中纤芯导模与包层模间的模式耦合进行了研究，推导出长周期光纤光栅的传输率、耦合系数等多个公式；基于Matlab软件编程，研究得到比较可行的长周期光纤光栅传输谱仿真模拟方法，模拟结果与实验观测相符。     

长周期光纤光栅的温度特性研究

文中对长周期光纤光栅的温度特性做了详细的理论分析和数值模拟。模拟结果表明,长周期光纤光栅耦合的谐振波长的漂移和温度的变化具有较好的线性关系,而其耦合的谐振波长既可向长波长处漂移也可向短波长处漂移,这决定于具体光纤的参数(尤其是光纤纤芯和包层的热光系数)和光栅的周期(决定其耦合的模式次数)。     

光纤涂覆层对应力长周期光纤光栅传输谱特性影响的实验研究

就涂覆层对应力长周期光纤光栅谱特性影响进行了研究,发现去涂覆层的应力长周期光纤光栅的谱特性对应力的灵敏度比未去涂覆层的明显的高,且大大改善了其传输谱的特性.     

长周期光纤光栅包层模场分布及其耦合系数

基于简化的三层模型分析了单模光纤的包层模理论。研究了长周期光纤光栅的包层模块分布及其与基模的耦合系数。利用计算机建模,采用Ｍａｔｌａｂ对实用的ＳＭＦ－２８＾ＴＭ单模光纤进行模拟分析,得到了一阶不同次的层包模在沿光纤半径方向的光密度分布情况,及其与纤芯内的基模耦合系数的计算结果。证明了一阶低次奇、偶包层模在光纤纤芯内部的能量分布具有不同的特点,奇次包层模在纤芯内的能量远大于偶次包层模,因而奇次包层模