模分复用系统中的少模光纤研究新进展

近年来,在模分复用(MDM)光通信领域中采用少模光纤(FMF)来增加传输容量的方法已经得到高度关注和深入研究,该方法可以突破单模光纤(SMF)非线性香农极限.结合本课题组开展的模分复用方面的部分工作,比较系统、深入地分析讨论了模分复用研究过程中相对突出、经典的部分研究工作和最新进展,涉及少模光纤结构设计、特性及应用.分析讨论了折射率阶跃分布和折射率渐变分布单芯少模光纤、用于无MIMO数据传输的椭圆芯少模光纤、用于光学参量放大的椭圆芯少模光纤、由中心圆孔和椭圆环芯组成的保偏少模光纤、具有10种保偏模式的PANDA环芯光纤、用于模分复用传输的低损耗少模环形光纤以及超模光纤的结构设计、特性及应用.最后,给出了本课题组近期提出的新颖的三环芯FMF以及FMF研究发展趋势,为模分复用光纤前传等系统应用提供有效支持.今后的较长一段时间,少模光纤研究中的采用特殊材料和光纤结构设计来实现大有效折射率差、低衰减、低色散、大有效模场面积和低非线性系数等指标仍然是通信领域需要继续探索的研究热点.     

椭圆芯聚合物光子晶体光纤的模场研究

应用理论模型，以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为基材，成功制备了直径为150μm、平均孔直径为3．94μm、平均孔间隔为8．75μm的椭圆芯五环六角结构聚合物光子晶体光纤．应用全矢量平面波法，对该光纤的传输模场进行了模拟．根据对称性分析，按照最小波导扇面及相应边界条件对其模式进行归类，并与理论研究进行了对比．该研究为椭圆芯聚合物光子晶体光纤模场的实验测试提供了一定的基础．并证明了基于聚合物制备高双折射保偏光纤的可能性。     

基于光束传播法的偏芯光纤传输特性研究

偏芯光纤由于纤芯偏离中心轴线,其光纤传输特性与传统光纤不同。本文对常用的光纤传输特性数值模拟方法及其优缺点进行了分析比较,确定采用光束传播法对偏芯光纤的光传输特性进行研究。建立了偏芯光纤的理论计算模型,分析了偏芯光纤对应的模场分布特性。推导出偏芯光纤倏逝波的表达式,当纤芯距离包层外表面非常近或贴近外表面时,可利用倏逝波进行光学传感。运用RSoft软件中的Beam PROP模块对偏芯光纤进行了光学结构建模。基于光束传播法,对偏芯光纤中的模场特性及光功率特性进行了仿真分析,并得到了基模有效折射率和双折射与偏芯距离的变化关系。     

椭圆芯光子晶体光纤的传导模式

应用全矢量模型,根据对称性分析,按照最小波导扇面及相应的边界条件,对椭圆芯光子晶体光纤中的模式进行了分类,给出了光纤中基模和高阶模的矢量场分布及场强分布图,并以带状介质波导对椭圆芯PCF中的模式类比来命名.椭圆芯PCF中的模式均为非简并的,导模的场分布反映波导结构对称性.     

椭圆包层型保偏光纤的设计与研制

从理论分析、结构分析和工艺制备方面介绍了椭圆包层型保偏光纤的研制,阐述了这种光纤在实际应用中的优良性能,重点介绍了Φ45椭圆包层型保偏光纤的制备。     

双包层单模光纤结构参数对传输特性的影响

推导了双包层单模光纤的特征方程,对特征方程直接求导解得了基模群时延和群速色散,讨论了结构参数对传播常数、群时延以及群速色散的影响．研究结果表明：纤芯半径(α)和纤芯半径与内包层外半径之比(Q)对光纤的传输特性参数传播常数、群速度以及群速色散均有不同程度的影响,影响的大小及规律与α和Q的值有关。     

基于单模光纤偏芯结构的光纤干涉型高温传感器

利用单模光纤的偏芯结构,提出了一种光纤干涉型高温传感器.光在通过传感区域时存在纤芯模与包层模的干涉.当温度变化时,根据干涉谷对温度的敏感性,即可实现温度测量.此传感器可用于高温测量,当温度从400℃上升到750℃时,干涉谷波长变化了32.2 nm,温度灵敏度为0.092 nm/℃.     

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。     

偏振轴非平行的平行波导耦合系数分析

根据耦合模理论推导出适用于纤芯为任意截面形状、两根保偏光纤的偏振轴非平行保偏光纤耦合器的耦合系数计算公式，形式简单、应用方便。     

正三角形结构三光纤莫尔干涉模型分析

三根保偏光纤以正三角形结构排列可实现莫尔干涉,在三光纤保偏轴相对位置任意的条件下,建立了纤端出射场的干涉模型,分析了莫尔干涉的光场分布.结果表明,干涉场光强分布与三根保偏光纤保偏轴方向的相对位置有关.     

腔损耗对光纤F-P腔传感器腔定位的影响分析

讨论了引起光纤F-P腔干涉反射光损耗的因素．分析了光强损耗对腔定位参数的影响．实验表明．理论分析得到的腔定位参数值可以作为制作其它光纤F-P腔传感器时的参考值．这种光纤F-P腔传感器测量外界应变具有测量精度高、分辨率大、动态范围广、线性度好等优良特征．     

亚微米纤芯光纤芯径大小与光学特性的关系

现有的光纤传输理论和结果在亚微米直径结构光纤光学特性时有许多不足,为了弥补这些不足,使用M axell的严格解,研究了亚微米直径光纤的单模条件、传播常数、基模分布、传播效率等光学特性,对光学器件的设计和制造具有重要意义。     

光纤光栅传感器在土木工程结构健康监测中的应用

在土木工程领域，光纤智能检测方法是结构健康监测中一种新的方法。本文首先系统阐述了光纤光栅传感器的独特优点，然后，对光纤光栅传感器的结构和工作原理进行详细介绍,回顾了目前光纤光栅传感器在国际上和国内用于健康监测研究和应用的现状，及其光纤健康监测系统的构成、信号处理、安装等方面问题；最后，展望了光纤光栅传感器在结构健康监测领域中的前景。     

光纤电参量传感器的研究

介绍了几种光纤电参量传感器（包括光纤电流传感器、光纤电压传感器和光纤电功率传感器）的工作原理及基本特征，分析了目前研究的主要问题，介绍了作的研究成果，指出了它们的若干发展方向。对改进电力系统适用光纤传感器的设计，提高光纤电参量传感器的性能具有指导作用。     

光纤光栅及其在光波分复用技术中的应用

分析了光子诱导所致的光纤光栅形成机理 ,如紫外激光干涉条纹图下的横向侧面曝光法 ,介绍了光纤光栅在光波分复用技术中的应用。     

一种基于保偏光纤干涉结构的稳定光谱测量方法

本文提出一种用于光谱测量的保偏光纤干涉结构.该结构基于保偏光纤、法拉第旋转镜、偏振分束器和保偏光环形器等光纤器件的.结构中采用的压电陶瓷光纤相位调制器,使干涉工作在光程线性调制区域,以减小压电陶瓷非线性光程调制产生的误差.结构中的法拉第旋转镜、保偏光纤及保偏光器件的结合使用保证了传输光的偏振稳定性,消除偏振衰落效应的影响,保证了稳定的光谱测量结果.实验测试了SLD光谱,测得结果和光谱仪测得结果一致,结果表明该系统测量光谱的稳定性.该系统可用于提供光纤传感器和通信应用中常用光源(如二极管激光器、LED和半导体激光器等)的光谱分析.     

调制-解调技术在光纤传感式电流测量中的应用

本文把调制－解调技术应用到光纤传感式电流测量的研究中，设计了一种新型光纤大电流传感器，它具有很强的电气绝缘和抗电磁辐射干扰能力，适用于高压电网的工频大电流测量。     

F-P腔光纤传感器研究

讨论了本研究小组有关F-P腔光纤干涉型传感器多参数测量的研究进展。在单模光纤与薄膜或空气间隙等构成的法布里-珀罗腔结构基础上,分别发展出基于F-P腔干涉和基于F-P腔调制菲涅尔反射的温度、液体和固体折射率光纤传感器。理论分析和实验均证明,温度的变化可转化为干涉光谱波峰或波谷中心波长的偏移测量,通过干涉光谱的条纹反衬度可解调出液体或固体折射率。光纤干涉型传感技术可拓展其它功能,是高端领域传感测量的发展方向。     

两种基于高双折射光纤环的高阶超精细梳状滤波器

设计了两种基于高双折射(HiBi)光纤萨尼亚克环的可调谐高阶超精细梳状滤波器,其由偏振控制器(PC)、环形器、2段(或3段)Hi Bi保偏光纤(PMF)组成,具有单输入双输出和高阶超精细梳状光谱的特性,调谐灵活、输出光谱精细等特点.建立了理论模型研究光谱的双输出特性;对二阶滤波器,仿真研究了在Hi Bi光纤长度相等时偏振角度对输出梳状光谱的影响;对三阶滤波器,仿真研究了的Hi Bi光纤长度对输出梳状光谱的影响.结果表明该种高阶滤波器可应用于不同波长光波的选频输出.     

基于单模光纤偏芯结构的光纤折射率传感器研究

基于迈克尔逊(Michelson)干涉仪(MI)原理,结合光纤传感器的特性,设计和实现了一种单模光纤(SMF)偏芯干涉仪结构光纤折射率传感器,并针对蔗糖溶液进行了折射率的测量。实验结果表明:这种传感器的传感范围在1.33～1.39时,特征波长与外界折射率有单调的递减变化关系,蔗糖折射率每变化0.01时,特征波长平均变化约为0.12nm。这种传感器结构简单,灵敏度较高,能够实现液体折射率与浓度变化的在线检测。