上海大学特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
针对调制光栅Y分支型（MG-Y）激光器在实际应用中波长-电流查找表（LUT）构建效率低、调谐方式复杂、波长调谐时功率漂移量大等问题，对其调谐特性进行了深入研究。利用左、右反射器电流的调谐特性，设计出一种具有普适性的波长测试框架，能够高效且准确地定位激光器的平滑波长调谐路径。同时提出一种自适应功率校准算法，提升了激光器在波长调谐时的功率稳定性。测试结果表明：基于波长测试框架的LUT仅包含3147个反射器电流-波长组合；激光器的波长调谐范围为1528~1568 nm，波长调谐步长为5 pm；边模抑制比（SMSR）大于40 dB；波长准确度优于±2.9 pm；波长重复性优于1.9 pm；波长调谐时功率漂移量小于0.408 mW，稳定度为3.57%；解调出光纤非本征法布里-珀罗干涉型（EFPI）传感器的腔长变化量小于7.58 nm，可以应用于光纤传感等实际场景。
激光器 半导体激光器 波长调谐 功率校准 光纤传感
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Abstract
Key Laboratory of Specialty Fiber Optics and Optical Access Networks, Joint International Research Laboratory of Specialty Fiber Optics and Advanced Communication, School of Communication and Information Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China
Fiber quarter-wave plates and magneto-optical fibers are important components that greatly affect the sensitivity of fiber-optic current sensors. A Tb:YAG crystal-derived silica fiber (TYDSF) was fabricated using a laser-heating drawing technique. The linear birefringence of TYDSF was measured as by a microscope birefringence measurement instrument. A fiber quarter-wave plate was fabricated by TYDSF at 1310 nm, which produced circularly polarized light with a polarization extinction ratio of 0.34 dB. Additionally, the linear birefringence of TYDSF was decreased by 22% by annealing at 750°C for 7 h, and the Verdet constants of annealed TYDSF were measured to be 9.83, 6.67, and at 808, 980, and 1310 nm, respectively.
Faraday effect linear birefringence fiber quarter-wave plate Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 110601
上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
提出了一种基于环形芯结构的掺铒涡旋光纤。针对该涡旋光纤的放大性能，分析了其高折射率环和掺杂区域宽度对增益性能的影响。仿真结果表明，该光纤可支持1~2阶涡旋光模式，且C波段内的模式增益均高于35.4 dB。通过搭建实验装置对环形芯掺铒涡旋光纤的放大性能进行了测试。实验结果表明，在1530 nm波长处涡旋光的模式增益最大值高达32.6 dB。此环形芯掺铒涡旋光纤可广泛应用在长距离、大容量的空分复用光纤通信等领域中。
光纤光学 掺铒光纤 环形芯光纤 涡旋光模式 增益 中国激光
2023, 50(10): 1006003
上海大学通信与信息工程学院，特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
为实现大气污染物中氨气（NH3）的快速、准确测量，本文提出了一种基于氧化锌（ZnO）涂层单模-无芯-单模（SNS）光纤结构的高灵敏度NH3传感器。该传感器利用的是ZnO膜层吸附NH3后自身折射率改变，进而导致无芯光纤干涉谱谐振波长发生变化的特性。通过建立NH3体积分数与谐振波长偏移量的关系，最终实现了NH3体积分数的测量。本文基于模式传输理论对ZnO涂层SNS传感器的光谱特性进行了仿真，仿真结果显示：当ZnO膜层的折射率从1.929变化至1.889时，60 nm和130 nm ZnO膜厚下SNS传感器的灵敏度分别为11.8 nm/RIU和28.6 nm/RIU。制备了ZnO膜厚分别为60 nm和130 nm的SNS传感器，其在NH3体积分数为0~42.0×10-6环境下的灵敏度相差不大，这主要是由ZnO对NH3的吸附饱和引起的。进一步分析获得60 nm ZnO膜厚下SNS传感器的平均灵敏度为16.87×106 pm，检测限为6.6×10-6，响应时间和恢复时间分别为70 s和90 s。随着温度由16.5 ℃升至56 ℃，该传感器对NH3的检测灵敏度从17.96×106 pm降低至7.57×106 pm，温度和时间对检测限的影响分别为0.0237×10-6 ℃-1和0.026×10-6 d-1，该传感器具有较好的稳定性。
传感器 无芯光纤 氧化锌 氨气测量 温度 中国激光
2023, 50(10): 1006006
1 上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室，特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
2 上海市计量测试技术研究院，上海 200233
为保证电气电子设备在辐射抗扰度试验中状态传输的稳定性，设计并实现了适用于试验环境的光纤束监控系统。系统主要由物镜、光纤束、转接镜和电荷耦合器件等组件构成。通过Zemax光学仿真软件，结合光纤束参数设计并优化了监控系统的物镜。设计结果表明：物镜在空间频率36 lp/mm处，各视场光学调制传递函数值大于0.8，像面大小与光纤束尺寸匹配，满足像方远心光路要求。对加工的物镜进行性能测试，表明其技术指标与理论设计比较相符。采用搭建的光纤束监控系统进行成像试验，并运用高斯滤波算法进行去像素化处理，提高了监控系统的视频传输质量，辐射抗扰度试验表明此系统具有良好的抗电磁干扰能力。
光学设计 监控系统 光纤束 辐射抗扰度 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0722001
上海大学特种光纤与光接入网省部共建国家重点实验室培育基地，特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
为了解决随机线性双折射对光纤磁光特性测量的影响，采用旋转光纤（SF）结合法拉第旋转镜（FRM）的测量方法，研究了FRM对旋转光纤磁光特性测量的影响。首先，从理论方面研究旋转光纤与FRM的引入如何减小光纤中的随机线性双折射对磁光特性测量的影响，并搭建基于FRM的旋转光纤磁光特性测试系统。当光源波长为1310 nm时，FRM作用前的旋转光纤费尔德常数都比未旋转光纤的大，且旋转光纤的节距越短，费尔德常数越大。特别是旋转光纤的节距为1.0 mm时，其费尔德常数为0.8304 rad/（T·m），比未旋转光纤的费尔德常数［0.8029 rad/（T·m）］增大了约3.43%。当测试系统加入FRM后，不同光纤的费尔德常数测量值相较于未使用FRM的光纤费尔德常数测量值都有一定幅度的增大，尤其相比于节距为1.0 mm时的旋转光纤更进一步提高了7.50%，并且在FRM作用前后不同光纤费尔德常数测量值的均方差分别为0.99%和0.61%，说明FRM的引入提高了掺杂光纤费尔德常数的测量精度与稳定性。
测量 法拉第效应 磁光特性 法拉第旋转镜 费尔德常数 双折射
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Abstract
Laboratory of Specialty Fiber Optics and Optical Access Networks, School of Communication and Information Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China
We fabricate a high-performance Bi/Er/La co-doped silica fiber with a fluorescence intensity of and a gain coefficient of 1.9 dB/m. With the utilization of the fiber as a gain medium, a linear-cavity fiber laser has been constructed, which exhibits a signal-to-noise ratio of 74.9 dB at 1596 nm. It has been demonstrated that the fiber laser has a maximum output power of 107.4 mW, a slope efficiency of up to 17.0%, and a linewidth of less than 0.02 nm. Moreover, an all-fiber single-stage optical amplifier is built up for laser amplification, by which the amplified laser power is up to 410.0 mW with pump efficiency of 33.8%. The results indicate that the laser is capable of high signal-to-noise ratio and narrow linewidth, with potential applications for optical fiber sensing, biomedicine, precision measurement, and the pump source of the mid-infrared fiber lasers.
Bi/Er/La co-doped silica fiber high signal-to-noise ratio laser narrow linewidth Chinese Optics Letters
2022, 20(5): 051402
上海大学特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
对基于磁致折变效应的掺铒光纤磁场传感器的温度特性进行了理论分析和实验测量。理论上，基于密度泛函理论(Density Functional Theory，DFT)研究了温度对掺铒光纤磁致折变效应的影响，结果表明，温度升高会增大掺铒石英材料的原子磁矩，从而增强其磁致折变效应。实验上，基于磁致折变效应，以掺铒光纤作为Mach-Zehnder光纤干涉仪的传感臂，研制了磁场传感器，结果表明，干涉波谷的谐振波长随温度的升高发生红移，传感器的磁场灵敏度随之增加，16.7 ℃和43.5 ℃温度下传感器的灵敏度分别为12.63 pm/mT和25.53 pm/mT，温度变化会影响磁场的测量精度。
传感器 磁致折变效应 掺铒光纤 温度特性 磁场传感 Mach-Zehnder干涉仪
上海大学通信与信息工程学院，特种光纤与光接入网重点实验室，特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
高精度的单细胞温度分布检测对于研究生命活动具有重要意义。为了实现高空间分辨率、高温度灵敏度的细胞测温，本研究团队基于原子力显微镜的扫描成像原理，将对温度敏感的量子点与音叉驱动的近场光纤探针相结合，提出了一种无损伤测量活细胞表面温度分布的方法；并以人脑星形胶质母细胞瘤细胞为研究对象，利用该方法检测了吞金纳米颗粒的固定细胞和未内吞金纳米颗粒的活细胞的温度分布。结果表明：在无金纳米颗粒作为附加热源的情况下，由活细胞内部产热引起的细胞表面最大温差超过0.5 ℃，而细胞与其外部环境间的温差大于2.5 ℃。所提活细胞无损测温方法的空间分辨率小于0.2 μm，温度分辨率为0.16 nm/℃，为活细胞温度分布成像提供了新思路。
生物光学 光纤传感器 近场光纤探针 量子点 测温 活细胞
