长周期光纤光栅在非均匀温变场中的光谱特性研究

在非均匀温变场的作用下,长周期光纤光栅有效折射率和周期等物理量均会发生非均匀变化.所以,长周期光纤光栅的耦合系数并不是常数,用耦合模理论分析长周期光纤光栅的光谱特性就非常复杂.传输矩阵法是解决长周期光纤光栅中非均匀问题的有效方法.本文在MATLAB平台基础上,用传输矩阵法对长周期光纤光栅在非均匀温度场中的光谱特性进行了数值模拟,并对模拟结果进行了分析.     

长周期光子晶体光纤光栅折射率传感

长周期光子晶体光纤光栅使得光纤芯模与同向传输的包层模发生耦合。溶液或气体可以渗入光子晶体光纤的空气孔中,影响光纤包层模,从而可利用光纤光栅的传输谱监测被测物的化学性质。本文综述了光子晶体光纤光栅的制作以及长周期光纤光栅在生物化学中的传感应用。     

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.     

EH包层模及互耦合对长周期光纤光栅谱特性的影响

利用光波导的模耦合理论以及光纤中传播常数与波长的近似线性关系，研究了基于导模和不同包层模耦合的长周期光纤光栅的透射谱特点，对一阶低次包层模，透射谱较窄，随着模序增加，透射谱变宽；在某一模序附近，谱宽达到最大；以后随模序增大，谱宽迅速变小，对模序较高的包层模(一阶)，相邻的HE和EH包层模的传播常数相差不大，而且导模和它们的耦舍系数接近，因此能够在较近的波段范围内同时和它们产生耦合，从而对谱分布产生一定影响，包层模互耦合的条件较难满足，即使偶有满足其影响也很小，可以忽略，利用不同的包层模，可以设计出透射谱很宽或很窄的长周期光纤光栅。     

长周期光纤光栅耦合模理论与制作技术的研究

基于耦合模理论对长周期光纤光栅的光谱特性进行了理论分析,推导出传输率、谐振波长等公式;利用精密步进电机和高频CO2激光器,设计采用高频CO2激光脉冲三束对称逐点写入技术,在普通通信单模光纤中成功地进行了长周期光纤光栅的制备研究.     

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场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-28TM单模光纤进行模拟分析,得到了一阶不同次的包层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,因而奇次包层模与基模的耦合系数远大于偶次包层模与基模的耦合系数     

长周期光纤光栅传输模理论分析方法

综述了长周期光纤光栅传输模的各种理论分析方法,介绍了国内外近年来在这一领域的研究进展.主要以光纤三层模型为例讨论了正弦和矩形两种折射率调制型的长周期光纤光栅,并详细解释了均匀和非均匀情况下其传输谱的求解过程.在求解包层模色散方程得到各阶包层模式的传播常数的基础上,对均匀折射率调制型光栅,利用耦合模理论进行分析;对于非均匀光栅,在均匀情况的基础上,再结合基础矩阵法进行分析,或者直接采用传输矩阵法分析.最后讨论了长周期光纤光栅中纤芯基模到辐射模的耦合问题.     

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     

长周期光纤光栅薄膜传感器研究

采用耦合模理论建立了长周期光纤光栅薄膜传感器的理论模型,分析了其传感机理,并进行了实验研究,给出了初步的气敏实验结果．研究结果表明,光纤光栅包层外所镀敏感薄膜的光学参数(厚度和折射率)与传感器的灵敏度高低有直接关系,传感器的结构优化非常必要．长周期光纤光栅薄膜传感器具有薄膜传感器和光纤传感器的优点,具有广阔的应用前景．     

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.     

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)。     

Effects of three coupling coefficients on the spectrum characteristics of superstructure fiber grating

For the superstructure fiber grating (SFG) consisting of fiber Bragg grating (FBG) and long-period fiber grating (LPFG), there exist three kinds of coupling: the contra-directional coupling between forward propagating core mode and backward propagating core mode, the contra-directional coupling between core mode and cladding mode, and the co-directional coupling between core mode and cladding mode. By using the similarity transformation method for the coupled mode equations, the effects of three coupling coefficients κ _co L, κ _cl L, and κ _S L on the transmission and reflection spectra of SFG have been investigated. The simulations show that the overall intensity of the transmission spectrum of SFG is decided by LPFG, that the main lobes of the transmission and reflectivity spectra of SFG are decided by coupling coefficients κ _co L an κ _S L, and that the side lobes of the transmission and reflectivity spectra are decided by coupling coefficients κ _cl L and κ _S L. Biography: YUAN Yinquan (1964–), male, Professor, Ph.D., research direction: fiber optical sensors.     

腐蚀包层法调谐长周期光纤光栅及增强折射率敏感特性的研究

从理论与实验上研究了腐蚀包层法增强长周期光纤光栅环境折射率敏感特性和调谐透射谱的机制,结果表明,随着光栅区包层半径的减小,各阶包层模谐振波长向长波方向移动,环境折射率敏感特性随之显著增强。在用HF酸溶液腐蚀光栅区包层的实验测试中,先后观察到4个损耗峰,其中第2个损耗峰在包层半径减小约4.11μm、谐振波长向长波方向移动了约117.19 nm时,环境折射率传感特性增强了约3倍,这为制备高精度液体浓度/折射率传感器提供了重要依据。     

基于双长周期光纤光栅边缘滤波的FBG冲击监测系统研究

从长周期光纤光栅(LPFG)透射光谱和光纤布拉格光栅(FBG)解调原理角度,详细研究了LPFG透射光谱的边缘滤波特性,设计了一种基于双长周期双边缘滤波的FBG冲击监测系统方案,对该方案进行了冲击信号监测验证,采用电涡流传感系统对其进行验证.结果表明该系统对冲击信号具有较好的响应度和精确度,实验结果符合结构监测领域对冲击响应监测的需要,具有广泛的应用前景.     

镀有敏感膜的长周期光纤光栅NO气体传感特性

为提高长周期光纤光栅(LPFG)化学传感器检测折射率小于1.4介质时的灵敏度,实现对一氧化氮(NO)气体的高灵敏度检测,采用在常规长周期光纤光栅包层外镀上折射率大于包层折射率的SiO2-WO3薄膜的方法,运用四层阶跃折射率耦合模理论,分析长周期光纤光栅谐振波长的光谱特性.当膜厚为最佳值时,谐振波长变化率最大,灵敏度最高.在室温下,用镀有不同膜厚的传感器检测体积分数为2%的NO气体.结果表明,只有镀3层膜的传感器谐振波长红移4.77 nm,灵敏度达3%,元件响应时间10 s,恢复时间20 s,其他膜厚的传感器谐振波长没有变化.     

弯曲对长周期光纤光栅透射特性的影响

讨论了长周期光纤光栅弯曲时引起的波导弯曲、光纤截面变形和纤芯折射率分布改变等对其透射特性的影响。用等效直倾斜二次方啁啾的长周期光纤光栅理论,分析研究了光栅轴向倾斜对长周期光纤光栅透射特性的影响,给出了等效光栅的周期、啁啾系数的近似公式,用传输矩阵方法进行了数值计算。     

薄膜畴壁自旋波耦合栅格设计

用保角变换分析计算了坡莫合金栅格在均匀磁场作用下产生的二级磁场．以此为依据设计了用于薄膜畴壁内自旋波Ｗｉｎｔｅｒ模式激发的能量耦合栅格．制得的栅格在Ｗｉｎｔｅｒ模式研究中获得满意的效果,实现了激励电磁场与自旋波的成功耦合,首次测得自旋波Ｗｉｎｔｅｒ模式谱．     

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。     

非等同两原子-双模热光场系统的腔场谱

为获得两个非等同二能级原子与双模光场相互作用过程的腔场谱特性,通过求解本征方程导出了双模初始光场处于任意强度的热光场时腔场谱的计算公式,给出了数值计算结果．文中还讨论了相对耦合常数和初始场强对腔场谱的影响,发现在相对耦合常数为零且初始场较弱的条件下,两模腔场谱均为双峰结构;随着相对耦合常数的增大,双峰逐渐靠近,到相对耦合常数为1时,每模腔场谱都合并为单峰．随着一模光场平均光子数的增大,本模腔场谱双峰之间的距离减小,而另一模腔场谱双峰之间的距离增大。