1 哈尔滨工程大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 东北电力大学自动化工程学院, 吉林 吉林 132012
提出了一种基于双芯光子带隙光纤(PBF)的单偏振(SP)定向耦合器，利用全矢量有限元方法(FEM)对其耦合特性进行了研究。结果表明：通过适当调整纤芯间微孔的大小及掺杂折射率可在耦合器获得SP特性；而纤芯间微孔椭圆率的变化并不会对其SP特性造成干扰，耦合器具有较高的结构参数容错性；通过优化参数，最终获得了一种长度仅为0.403 mm的SP定向耦合器。该耦合器在全保偏PBF(PM-PBF)谐振腔应用中， 能同时起到分束器及起偏器的作用，可以破坏次本征偏振态(ESOP)的谐振条件,有效抑制次ESOP的传输。这种具有较短长度的SP定向耦合器模场可与之前提出的PM-PBF的模场相匹配，有利于搭建起全PM-PBF谐振腔，这对抑制谐振式光纤陀螺(RFOG)热致偏振串扰噪声、提高RFOG的长期稳定性具有重要意义。
光纤光学 光子带隙光纤 单偏振定向耦合器 谐振式光纤陀螺 热致偏振串扰
1 哈尔滨工程大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 东北电力大学自动化工程学院, 吉林 长春 132012
通过深入分析光纤陀螺敏感环的特点，提出了一种工艺简单的双柱型（D-CYL）绕法。通过有限元方法仿真分析了双柱型绕法环圈瞬态传热性能，对比分析了在相同变温条件下双柱型绕法与交叉绕法对陀螺性能的影响。结果表明，在对称的温度环境下，双柱型绕法在抑制陀螺温度漂移方面的效果与交叉绕法相当，两者漂移误差均低于0.01 (°)/h，与理论分析相符。
光纤光学 双柱型绕法 有限元法 光纤环 隔热腔体 热致漂移
1 哈尔滨工程大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 东北电力大学自动化工程学院, 吉林 吉林 132012
提出了一种具有良好保偏(PM)特性的空芯带隙光子晶体光纤(PBF)结构，利用全矢量有限元方法(FEM)对光纤有效折射率、拍长及限制损耗特性受温度波动的影响进行了研究。研究结果表明，在1.55 μm 波长处，该PBF 的双折射高达6.19×10-3，拍长不超过0.25 mm；PBF 拍长对温度波动不敏感，拍长温度敏感系数低于2.86×10-8 m/℃，比常规的熊猫保偏光纤低两个数量级；光纤损耗对温度波动较为敏感，两正交偏振态限制损耗会随温度提高而增大。这种具有极低拍长温度敏感系数的PM-PBF 可以有效降低谐振式光纤陀螺(RFOG)中热致偏振不稳定带来的误差，在RFOG、光纤通讯、光纤传感等领域具有重要的应用价值。
光纤光学 保偏空芯带隙光子晶体光纤 全矢量有限元法 热致偏振串扰 超低拍长温度敏感性
哈尔滨工程大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
提出了一种基于双芯光子晶体光纤(PCF)的具有短长度和超高消光比的偏振分束器，利用全矢量有限元法(FEM)对双芯PCF的耦合特性和偏振分束器的性能进行了数值研究。研究结果表明：增大纤芯间椭圆孔椭圆率、适当提高掺杂折射率可显著降低双芯PCF的耦合长度；基于该双芯PCF设计的偏振分束器在1.55 μm 波长处，长度为0.58 mm时，可以实现x，y 偏振态的分离,消光比达到82.33 dB，消光比高于20 dB的带宽为70 nm，高于10 dB的带宽达到110 nm，覆盖了C+L波段。这为设计具有短长度、高消光比、宽带特性的PCF偏振分束器提供了一种新的结构。
光纤光学 双芯光子晶体光纤 偏振分束器 全矢量有限元法 超高消光比
Author Affiliations
Abstract
Harbin Engineering University, College of Automation, Harbin, Heilongjiang 150001, China
By studying the thermal-induced phase shift mechanism of an interferometric fiber-optic gyroscope (IFOG) sensing coil, a novel generalized expression based on a three-dimensional (3D) model is proposed. Compared with the traditional pure Shupe effect model, the simulation results show that the new 3D model, including elastic strain and the elasto-optical effect, can describe the thermal effect of the coils more accurately. Experiments with temperature change rates between 40°C and 70°C are performed to verify the effectiveness of the proposed generalized expression. The results of our work can guide researchers in identifying countermeasures to reduce the thermal-induced bias error in IFOG.
060.2370 Fiber optics sensors 060.2800 Gyroscopes 050.5080 Phase shift 120.5790 Sagnac effect 140.6810 Thermal effects Chinese Optics Letters
2015, 13(9): 090603
哈尔滨工程大学 自动化学院, 哈尔滨 150001
提出一种新型的缓变锥型光纤接口器件。该接口器件是一个长度为150 mm左右的缓变锥型光子晶体光纤。利用有限元方法对模场直径差别较大的不同光纤进行拼接时的损耗问题进行研究。研究结果表明: 在模场直径分别为9 μm和10.4 μm的光纤之间加入锥型光纤后可以有效降低耦合损耗, 并且在不同波长下耦合损耗都维持在一个较低水平。因此, 该接口器件能够实现光纤拼接时物理结构的过渡和不同模场直径的转换, 从而使拼接损耗降到最低。
光纤光学 锥型光纤接口 有限元法 光子晶体 单模光纤 fiber optics tapered fiber device finite element method photonic crystal fiber single-mode fiber 强激光与粒子束
2015, 27(5): 051008
哈尔滨工程大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
建立了一个精确到匝的光纤环有限元模型，基于此对比分析了交叉绕法与四极对称(QAD)绕法环圈瞬态传热性能，得出交叉绕法能更好地改善光纤陀螺温度性能。此外,重新设计了传统四极对称法绕制光纤环的槽体，并分析了在相同温度激励下新旧槽体内嵌交叉绕法光纤环对抑制陀螺温度漂移的影响。结果表明：采用新型槽体的交叉绕法光纤环圈能充分发挥交叉绕法抑制温漂的性能，能够使热致误差降低一个数量级，与理论分析相符。
光学器件 光纤环 交叉绕法 槽体 有限元法 热致漂移
哈尔滨工程大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
提出了一种新型结构的光子晶体光纤(PCF),利用全矢量有限元方法对其色散和非线性特性进行了数值分析。通过优化结构参数，得到了三种在不同波段具有较高非线性的近零色散平坦、宽带色散平坦甚至色散超平坦的光子晶体光纤，并给出了这种微结构PCF预制棒的制备方法。这些新型光纤在全光格式转化、超连续谱产生、光波长转换等领域具有良好的应用前景。
光纤光学 光子晶体光纤 全矢量有限元方法 附加微孔 色散平坦
1 广东工业大学机电工程学院, 广东 广州 510006
2 湄洲湾职业技术学院, 福建 莆田 351254
3 广东工业大学实验教学部, 广东 广州 510006
采用平面波展开法，研究了二维光子晶体点群对称对不可约布里渊区的影响。在单柱体二维光子晶体单胞中增加一个柱体，设计成不同点群对称操作数的对称结构，计算了最低5条能带的本征频率值在第一布里渊区的分布图。结果表明：在计算二维光子晶体的能带结构时，如果光子晶体的点群对称操作数为n，所取的不可约布里渊区应为整个第一布里渊区的1/n。
物理光学 不可约布里渊区 平面波展开法 光子晶体 点群对称
