1 北京控制工程研究所，北京0090
2 空间智能控制技术重点实验室，北京100190
3 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京100191
光子带隙光纤有着独特的结构形式、传输介质和导光机制，这使其具有传统光纤无法比拟的优点，是未来光纤陀螺的理想选择。但光子带隙光纤粗糙的纤芯内壁导致其产生强烈的背向散射次波，会使光子带隙光纤陀螺产生额外的非互易误差。为了定量分析光子带隙光纤背向散射次波强度大小，论文基于电偶极子辐射理论建立了一种简单的光子带隙光纤背向散射次波理论模型。通过聚焦离子束微纳加工法和原子力显微镜测量得到了准确的纤芯内壁表面形貌功率谱密度，进而计算得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数理论值为2.61×10-9/mm。通过光频域背向反射散射仪得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数测量值为~1.82×10-9/mm，初步验证了背向散射次波模型的正确性，为背向散射次波抑制技术研究奠定了基础。
光子带隙光纤 背向散射次波 功率谱密度 photonic bandgap fiber backscatter secondary wave power spectral density
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
受激布里渊散射效应是一种典型的三阶光学非线性效应，通过强光激发可以在不同介质中产生。受激布里渊散射激光具有低阈值、超窄线宽、相邻阶散射光相向传播等优异特性，促进其在高分辨率光谱仪、光学传感以及量子计算等领域的广泛应用。布里渊激光输出的光谱线宽超窄且相邻阶光束相向传播，为集成化光学陀螺的构建提供了便利。首先总结了受激布里渊散射效应的产生机理，分析了不同介质中受激布里渊散射光的特性，进而综述了基于微腔结构的布里渊光学陀螺的研究进展，最后对基于布里渊散射效应的集成化光学陀螺的研究前景进行了展望。
散射 受激布里渊散射 布里渊激光器 光学陀螺 微腔 奇异点 中国激光
2022, 49(19): 1906004
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
2 锐光信通科技有限公司，湖北 武汉 430074
光子带隙光纤具有弯曲损耗小、对环境变化不敏感等优点，是极端应用条件下高稳定光纤陀螺的理想光纤。但光子带隙光纤的传输损耗大，缺乏适用于光纤陀螺的低损耗、小模场光子带隙光纤。提出了独立反谐振纤芯光纤构型，将纤芯与包层进行空间隔离，利用纤芯壁反谐振效应抑制基模与表面模的耦合，利用反谐振与光子带隙双重效应将光限制在纤芯中传输，从而实现了光子带隙光纤小模场、低损耗的特性。理论分析结果表明，所提出的光纤构型可将模场直径为～8 μm的光子带隙光纤的损耗降低至<3.5 dB/km。采用两步法制备的光纤基本复现了设计结构，但占空比与设计值存在偏差，导致带隙偏移，实验测得所制备光纤的最小损耗为～25 dB/km@1200 nm。
光纤光学 光纤设计 光子带隙光纤 低损耗 小模场直径 中国激光
2022, 49(19): 1906002
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
实芯保偏光子晶体光纤在双折射、温度、抗辐照等方面具有独特的优势,非常适合于光纤陀螺应用,然而其损耗较大,影响着光子晶体光纤陀螺性能的提高,空气孔内壁表面粗糙度引起的散射是导致损耗的原因之一。针对实芯保偏光子晶体光纤散射损耗,建立了光纤散射模型,仿真计算散射损耗为0.179 dB/km;搭建了全自动测试装置,测量灵敏度可达1 pW,散射角测量范围可达15°~165°,光纤旋转角度分辨率可达1°,实现了三维散射球的测量,得到散射损耗为0.23 dB/km,验证了理论仿真结果的可靠性。
光纤光学 光子晶体光纤 散射损耗 散射分布测量 实芯保偏光子晶体光纤 激光与光电子学进展
2019, 56(1): 010601
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
空芯光子带隙光纤拥有优越的环境适应性, 但光纤中的高阶模使其在多种场合下的应用受到制约。利用光子带隙内高阶模式在小于截止波长时被强烈抑制, 而基模在该波段可以稳定存在的特性, 提出了实现单模传输的方法, 并通过实验验证了该方法的可行性。在此基础上仿真分析了包层参数对单模传输波段的影响, 计算结果表明, 单模传输波段的带宽随材料折射率的增加而增加, 折射率由1.445提高到2时, 带宽增加2.9倍; 相对倒角由0.2提高到0.8时, 单模传输波段的工作波长移动310nm以上。
空芯光子带隙光纤 有限元法 空间光谱分析成像 高阶模式 单模传输 hollowcore photonic bandgap fiber finite element method spatially and spectrally resolved imaging highorder mode singlemode propagation
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
研究了一种光子带隙光纤准直器。为了降低回波对光源的干扰, 通常光纤准直器的回波损耗不应低于60 dB。由于带隙光纤端面没有反射, 因此满足这一条件的带隙光纤准直器GRIN透镜入射面的倾斜角与普通光纤准直器不同。从高斯光束通过光学系统的一般模型出发, 利用矩阵光学和高斯光束耦合理论, 推导了光线传输矩阵。结合实际应用中光纤及GRIN透镜的参数, 仿真分析了尾纤与GRIN透镜之间的间距及GRIN透镜的参数对准直器回波损耗的影响。结果表明, 镀有增透膜时, 当光子带隙光纤准直器的GRIN透镜入射面倾角等于3°时, 回波损耗大于60 dB。研究结果对进行光子带隙光纤准直器的设计具有指导意义。
光纤准直器 光子带隙光纤 回波损耗 fiber collimator photonic bandgap fiber return loss 红外与激光工程
2017, 46(9): 0920002
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
为了研究光子带隙光纤在1550nm波长下受径向压力的影响, 采用有限元法做仿真计算进行了定量研究, 并通过搭建实验系统对比分析了实测与仿真计算结果的差异。结果表明, 限制损耗随径向压力变化的灵敏度为0.00067(dB/km)/(N/m), 归一化分界面场强F参量随径向压力的变化率为0.68×10-6/(N/m), 折射率随径向压力的变化率为1.0×10-8/(N/m)。该研究为光子带隙光纤在光纤传感领域的应用提供了一种实验分析途径。
光纤光学 光子带隙光纤 有限元法 损耗 压力 fiber optics photonic bandgap fiber finite element method loss pressure
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
建立了空芯带隙型光子晶体光纤残余双折射理论分析模型，采用全矢量有限元法研究了光纤残余双折射产生的原因，最后搭建实验平台对空芯带隙型光子晶体光纤的残余双折射进行测试，并对光纤双折射的波长依赖性和温度稳定性进行了探究。仿真与实验结果表明，纤芯残余形变是导致残余双折射的重要因素，残余双折射随纤芯椭圆率的增大而增大，同时残余双折射的波长依赖性显著，温度依赖系数为0.3×10-9/℃。
空芯带隙型光子晶体光纤 残余双折射 波长依赖性 温度稳定性 光纤传感 air-core photonic-bandgap fiber residual birefringence wavelength dependence temperature stability optic sensing
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
针对空芯光子带隙光纤内部结构提出了一种准确的建模方法，使用全矢量有限元法研究了纤芯结构变化对 光纤散射损耗的影响，对不同纤芯壁厚度以及不同纤芯半径的空芯光子带隙光纤进行了仿真计算，并以归一化分 界面场强表征散射损耗的大小。计算结果表明，纤芯壁相对厚度Tc≈4时，散射损耗可以得到较大的降低，同时散射 损耗也会随着纤芯半径的增大而减小。通过对纤芯结构进行优化，理论上在1.5~1.56 μm 波段范围内散射损耗可 比现有光纤减小50%。
光纤光学 空芯光子带隙光纤 有限元法 散射损耗 归一化分界面场强 结构设计 中国激光
2015, 42(11): 1105003
Author Affiliations
Abstract
Institute of Opto-Electronics Technology, Beihang University, Beijing 100191, China
We propose a method for the real-time measurement of the reflection at both splicing points between a photonic bandgap fiber coil and conventional fiber during the process of fusion splicing in a photonic bandgap fiber optical gyroscope (PBFOG), using the interference among the secondary waves, which arise from the fusion splicing points and the mirror face produced by intentionally cutting the bear end of the coupler. The method is theoretically proven and experimentally verified in a practical PBFOG, and it is significant for inline examination of the fusion splicing quality and evaluation of the PBFOG performance.
060.2310 Fiber optics 060.5295 Photonic crystal fibers Chinese Optics Letters
2015, 13(3): 030601
