1 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院纤维集成光学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工程大学烟台研究院先进光纤传感技术研发中心，山东 烟台 264006
3 新南威尔士大学电气工程与电信学院，悉尼 NSW2052
光纤构成了当今世界通讯的主干网络，已成为人类活动的底层构架。近年来，物联网万物互联对光纤传输带宽的需求急剧增加，光纤功能更是从单一的信息传输扩展到了信息传输和感知一体化，特种石英光纤是实现该目标的一个重要组成部分，其研发成为了热点。特种光纤的复杂结构和多组分掺杂给其高效制造提出了挑战。本文围绕增材制造技术在特种石英光纤高效制备方面的难题、探索及进展进行总结梳理，首先重点报告在基于紫外光固化的增材制造技术路线下，如何克服大尺寸石英增材制造中陶瓷化和塌缩的难题，发展适合的增材技术用于制备特种石英光纤预制棒，以拉制出所需的特种光纤。然后介绍直接墨水书写与选择性激光熔融等不同增材技术用于石英光纤预制棒制造的近期进展。最后对增材制造在石英光纤制造中存在的问题和未来发展趋势进行简要讨论与展望。
光纤光学 增材制造 光纤预制棒制造 特种光纤 有源光纤 激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516003
1 上海电力大学自动化工程学院, 上海 200090
2 新南威尔士大学电气工程与电信学院, 新南威尔士州 悉尼 2052
光纤法布里-珀罗可调滤波器(FFP-TF)是组成光纤布拉格光栅(FBG)传感器解调系统的核心器件之一,其稳定性对解调精度的提高至关重要,而温度漂移是影响其稳定性的关键因素之一。针对实际应用中遇到的FFP-TF在变温环境下产生的透射波长漂移问题,提出了一种基于集成移动窗口的温度漂移补偿方法。利用最小二乘支持向量机对透射波长和温度之间的非线性关系进行了建模,并在训练样本中建立了移动窗口。此外,为了挖掘更多的训练样本过程信息,提出了采用神经网络对各个移动窗口的补偿结果进行加权集成的方法。实验结果表明,当未引入集成移动窗口时,解调值的最大测量误差为±13.5 pm。在引入集成移动窗口后,解调值的最大测量误差为±0.82 pm,即所提方法有效提高了光纤光栅传感中可调滤波器解调的温度稳定性。
光纤光学 光纤光栅解调 集成移动窗口 温漂补偿 法布里-珀罗滤波器 最小二乘支持向量机 光学学报
2021, 41(23): 2306005
Author Affiliations
Abstract
1 Shandong Key Laboratory of Optical Fiber Sensing Technologies, Laser Institute, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Jinan 250014, China
2 School of Electrical Engineering and Telecommunications, The University of New South Wales, NSW 2052, Australia
3 College of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering and Key Laboratory of Opto-Electronics Information and Technical Science, Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300072, China
We present a high-sensitivity fiber Bragg grating (FBG)-based microphone with a flat response and static pressure equalization. A very high dynamic sensitivity of the microphone is achieved by a pressure sensing structure based on a carbon fiber diaphragm. Static pressure equalization is realized by a balance structure with a capillary glass tube. The resonances of the sensor are suppressed by air damping structures, and a broadened flat response is achieved. An acoustic-solid interaction model was used to analyze the response characteristics of the microphone. An experimental prototype was produced and tested, and the results are well consistent with the design. The tested sensitivity was 10 dB re 1 pm/Pa from 10 Hz to 2.5 kHz with a fluctuation of less than ±1.5 dB. Combined with the phase-generated-carrier-based coherent detection scheme, the microphone can achieve a sound resolution of the milli-pascal level. The static pressure sensitivity is measured to be 0.27 pm/atm, which is 100 dB lower than the dynamic sensitivity.
060.2370 Fiber optics sensors Chinese Optics Letters
2019, 17(1): 010601
1 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
2 东华大学纤维材料改性国家重点实验室, 上海 201600
3 新南威尔士大学电气工程与通信学院光子学与光通信实验室, 悉尼 2052, 澳大利亚
4 重庆三峡学院电子与信息工程学院, 重庆 404000
为开发低成本且性能稳定的超宽带光源, 研究了基于铋铒共掺光纤(BEDF)的超宽带光源的输出光谱特性。当使用830 nm激光器抽运时, 输出光谱覆盖了整个O、E、S、C、L波段, 半峰全宽达525 nm。将该BEDF超宽带光源应用于波分复用光纤光栅传感系统, 实现了O波段和C波段的应力传感。实验结果表明, 将BEDF超宽带光源应用于大规模光纤光栅传感网络, 可大幅度提高传感系统的复用容量。
传感器 超宽带光源 掺铋光纤 光纤光栅传感
1 山东省科学院激光研究所山东省光纤传感技术重点实验室, 山东 济南 250014
2 新南威尔士大学电子工程与通信学院, 悉尼 2052, 澳大利亚
分别对Nufern公司和CorActive公司的光敏性Er/Yb共掺单模光纤采用直接紫外曝光方式制备了分布反馈和分布布拉格反射结构的短腔光纤激光器。实验结果表明：Er/Yb共掺光纤存在与温度有关的猝灭效应。在激光斜率效率测试过程中，当抽运功率达到一定值时，出现了激光输出功率陡然降低的现象。对激光器谐振腔进行辅助散热时，激光转化效率有所升高。通过对同一台激光器进行先后测量发现，再次测量得到的激光器效率总是低于制作完成即时测量的数值；在高抽运条件下，输出功率衰退和受温度影响的状况总是存在。
激光器 Er/Yb共掺光纤 温度猝灭 浓度猝灭
1 北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
2 中国电信股份有限公司广州研究院，广州 510630
3 澳大利亚新南威尔士大学 电气工程与通信学院 光子学与光通信实验室, 悉尼 2052
分别用980 nm和830 nm的半导体激光器作为泵浦源激发铋/铒共掺光纤，采用前向和背向泵浦方式分析放大的自发辐射谱特性.实验结果表明：随着泵浦功率的增大，荧光强度显著增强.利用980 nm半导体激光器，采用前向泵浦方式可激发以1 142 nm和1 536 nm为中心的两个辐射带，以1 142 nm为最高辐射峰的3 dB带宽是141 nm，以1 536 nm为最高辐射峰的3 dB带宽是29 nm.利用830 nm半导体激光器，采用前向泵浦方式可激发以1 421 nm为中心的荧光谱，3 dB带宽是447 nm.980 nm和830 nm激光器分别前向泵浦铋/铒共掺光纤时，随着光纤长度的增加，荧光先增强后减弱；分别背向泵浦铋/铒共掺光纤时，随着光纤长度的增加，荧光强度先逐渐增强后保持稳定.在25~80℃的温度范围内，铋/铒共掺光纤的荧光强度几乎不受温度的影响.使用980 nm和830 nm泵浦源同时激发铋/铒共掺光纤，结果表明铋/铒共掺光纤的发光中心具有相对独立性，发光范围存在部分重叠.
光纤光学 光谱学 掺铋光纤 自发辐射谱 Fiber optics Spectroscopy Bismuth-doped fiber Spontaneous emission spectrum
Author Affiliations
Abstract
1 Shandong Key Laboratory of Optical Fiber Sensing Technologies, Laser Institute of Shandong Academy of Sciences, Shandong 250014, China
2 School of Electrical Engineering and Telecommunications, The University of New South Wales, NSW, 2052, Australia
An amplified and narrow-linewidth distributed feedback fiber laser in a master oscillator power amplifier (MOPA) configuration is presented. It consists of a distributed feedback fiber laser as the seed laser and an MOPA structure in an all-single-mode fiber system. The optimized narrow-linewidth fiber laser has an over 15% efficient slope. The packaged laser module shows excellent performance including a narrow linewidth of 2 kHz, low relative intensity noise below 100 dB/Hz at the relaxation oscillation frequency, and low phase noise, which make it very suitable for interference and distributed sensing applications.
Chinese Optics Letters
2015, 13(Suppl): S21404
1 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
2 澳大利亚新南威尔士大学电气工程与通信学院光子学与光通信实验室, 悉尼 2052
基于自主研制的掺铋光纤，对其进行光谱特性的实验和理论研究。通过实验测得的吸收光谱发现了4 个明显的吸收带，其中心分别是494、816、946、1410 nm。运用Giles 模型对此光纤进行了放大特性的研究，分析了光纤长度、抽运功率和输入信号光功率等参数对信号的增益和噪声指数的影响。建立了稳态情况下三能级跃迁模型的速率方程和传输方程，并利用Runge-Kutta算法进行了数值研究。结果表明掺铋光纤在波长为830 nm 、功率为200 mW的光波抽运时，1384~1480 nm 波段的增益系数大于1.5 dB/m，噪声系数趋近5 dB。
光纤光学 光谱学 掺铋光纤 Giles模型 吸收谱 增益系数
1 山东省科学院激光研究所 山东省光纤传感技术重点实验室, 济南 250014
2 新南威尔士大学 电子工程与通信学院, 澳大利亚 悉尼 2052
在光敏性掺铒光纤上制作了45 mm长非对称相移结构光纤光栅, 构成前后向功率输出比大于100∶1的分布反馈光纤激光器.利用一定长度的掺铒光纤吸收有源相移光栅后的剩余泵浦光, 实现了对前向输出激光信号的放大, 并采用OptiSystem软件模拟了掺铒光纤长度与增益的关系.为了保持输出激光的窄线宽和低噪音特性, 利用布喇格波长与激光相同的光纤光栅和光纤环行器构成光窄带滤波器, 对放大后激光信号的ASE噪音进行滤除.研究表明: 所设计的激光器结构充分利用了泵浦光, 在300 mW的(980 nm)泵浦功率下获得了功率为32.5 mW, 线宽为11.5 kHz, 相对强度噪音为－87 dB/Hz的激光输出.
分布反馈光纤激光器 相移光纤光栅 光纤放大器 窄线宽 低噪音 Distributed feedback fiber laser Phase-shifted fiber grating Fiber amplifier Narrow-linewidth Low-noise
1 山东省科学院激光研究所山东省光纤传感技术重点实验室, 山东 济南 250014
2 新南威尔士大学电子工程与通信学院, 澳大利亚 悉尼 2052
介绍了在相位掩模板法制作光纤光栅的过程中，通过测量和调节光纤在拉直状态下所承受的拉力，从而精确控制光栅布拉格波长的光纤光栅制作方法。利用此方法，可使光纤光栅的波长制作误差控制在±0.05 nm以内，并利用一定周期的相位掩模板制作5 nm波长范围内的任意波长的光纤光栅，极大地提高了相位掩模板法制作技术的效率和灵活性。同时，提出了利用扫描曝光技术，在光纤光栅刻写过程中持续改变光纤拉力，制作啁啾光纤光栅的新方法。
光栅 相位掩模板 光栅布拉格波长 拉力 啁啾光纤光栅
