1 暨南大学信息科学技术学院，广东 广州 510632
2 中山大学电子与信息工程学院，广东 广州 510275
本文从局域耦合模理论出发，对基于CO2激光器刻写的强调制少模长周期光纤光栅建立模型，实现了少模光栅调制区域纤芯传导模式间的耦合过程分析。该模型通过引入非对称与角向折射率调制，表征了光栅调制中较强且呈角向的折射率变化，从而获得了更准确的模式耦合系数及传播常数；将模式耦合系数及传播常数代入基模与三阶角向模式之间的耦合方程进行求解，实现了对光栅传输谱的仿真，且仿真结果与实验结果相匹配。最后，通过改变光栅模型的参数（光栅周期、周期数、调制深度），研究了传输谱的变化规律，为设计与制作更高阶模式的强调制少模长周期光纤光栅提供了参考。相比于其他模型，该模型能更准确地分析基于局部高强度激光照射、热处理的强调制长周期光纤光栅的传输谱特性。
光栅 长周期光纤光栅 折射率调制 少模光纤 传输谱 中国激光
2023, 50(13): 1306002
Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronics and Information Technology, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510006, China
2 Department of Electronic Engineering, College of Information Science and Technology, Jinan University, Guangzhou 510632, China
This paper firstly, to the best of our knowledge, proposed two-dimensional (2D) encryption based on the Arnold transformation for implementing a secure DC-biased optical orthogonal time-frequency multiplexing (DCO-OTFM) in optical-wireless communications (OWCs). The encrypted data is transformed to the particular 2D matrix and decrypted by the only key to get the correct information. Meanwhile, the number of keys in 2D encryption is enormous, which prevents eavesdroppers from exhaustively searching secret keys rapidly to find the right decryption. Numerical results demonstrate that the secure DCO-OTFM based on 2D encryption can effectively prevent signal decryption from the eavesdropper, which has good secure performance for applying in OWC.
orthogonal time-frequency multiplexing two-dimensional encryption physical layer security optical-wireless communications Chinese Optics Letters
2021, 19(5): 050603
1 暨南大学信息科学技术学院, 广东 广州 510632
2 内蒙古医科大学附属医院, 内蒙古 呼和浩特 010110
提出一种复合结构应变传感器,该结构将高灵敏度光纤法布里-珀罗干涉仪(FPI)内置于光纤Sagnac干涉仪(FSI)中。利用FPI光谱与定标的FSI光谱叠加产生的游标效应实现了FPI应变传感器灵敏度的大幅度提升。理论计算结果表明,复合结构传感器的灵敏度可以通过两套干涉谱的相对自由光谱区的差来调控。实验结果表明,复合结构传感器的灵敏度相对于单个FPI应变传感器提升了19.7倍,达到65.1 pm·με-1。复合结构传感器在需要高灵敏度测量以及精确测量的场景中具有重要作用。
光纤光学 光纤传感器 游标效应 Sagnac干涉仪 法布里-珀罗干涉仪 应变传感器
1 暨南大学信息科学与技术学院电子工程系, 广东 广州 510632
2 湖州师范学院求真学院电子与信息系, 浙江 湖州 313000
从理论和实验上研究了角向二阶少模长周期光纤光栅的扭转响应特性。理论分析发现角向高阶长周期光纤光栅的耦合谐振波长的扭转响应度依赖于光栅角向模式的阶数,角向二阶模式的扭转波长响应度约是角向一阶的2倍;同时,光栅扭转引起的相位失配使得光栅谐振峰强度在小扭转率区间内随光栅扭转率增加呈准线性减小,减小的快慢与相位失配量成反比。实验表明:角向二阶少模长周期光纤光栅的谐振波长的扭转响应度约是一阶的1.5倍,在顺逆时针扭转的情况下分别达到0.72 nm·(rad·m -1) -1 和0.82 nm·(rad·m -1) -1;而谐振峰强度在小扭转率区间随扭转率的增加呈线性变化,对应顺逆时针的线性灵敏度分别为 0.81 dB·(rad·m -1) -1和0.72 dB·(rad·m -1) -1,在大扭转率状态下,对应谐振强度变化幅度小且具有波动的特点,实验结果与理论分析基本一致。角向二阶少模长周期光纤光栅的谐振峰波长和强度随扭转的响应特性在高精度的扭转力学量传感(例如扭转量、扭转速度和加速度),以及多参量同时测量等方面有潜在的应用前景。
光通信 角向二阶少模长周期光纤光栅 扭转 响应特性 谐振峰 中国激光
2019, 46(12): 1206001
1 暨南大学光子技术研究院, 广东 广州 510632
2 中山大学电子与信息工程学院光电材料与技术国家重点实验室, 广东 广州 510006
3 暨南大学信息科学技术学院电子工程系, 广东 广州 510632
复杂光场通常是指相位、振幅和偏振等具有特殊分布的结构光场,包括以轨道角动量模式为代表的涡旋光场和以偏振态非均匀分布的矢量光场。利用复杂光场构建多维复用光纤通信系统已成为空分复用光通信技术的研究热点。介绍了通过光纤实现复杂光场产生、调控、传输的方法;简述了新型环形纤芯光纤在低复杂度、短距模式复用光纤通信系统中的应用;介绍了基于Q玻片的短距直接检测矢量模式复用光纤通信系统实验;简要分析了光纤光栅耦合模式转换法,以及利用少模光纤实现一阶和二阶轨道角动量模式的产生方案;同时介绍了利用一维和二维周期渐变相位光栅测量涡旋光场特性的技术方案。光纤损耗和模式串扰是限制基于复杂光场的模式复用光纤通信系统性能的关键因素;基于光纤产生和调控高阶复杂光场仍然具有很大的挑战性。复杂光场模式复用技术作为一种基于光纤本征模式的复用技术,与其相关的研究在未来超大容量模式复用光纤通信系统中具有重要的研究意义和潜在的应用价值。
物理光学 光通信 涡旋光场 矢量光场 特种光纤 模式复用 空分复用
暨南大学信息科学技术学院电子工程系, 广东 广州 510632
针对传统布里渊光时域分析(BOTDA)技术测量速度慢的问题,提出并设计了一个基于相干检测数字光频梳(DOFC)的快速BOTDA传感系统。利用相干检测DOFC,在不扫频的情况下重构传感所需的布里渊增益谱(BGS)和相位谱(BPS);结合BGS和BPS,传感光纤的布里渊频移分布可在不作任何平均处理的情况下快速获得,极大地缩短了BOTDA传感系统的响应时间。实验测试可知,传感系统在10 km传感光纤上的响应时间为0.1 ms,其温度和应变的探测精度分别达到了1.6 ℃和44 με,相应的温度和应力测量最大偏差分别为0.3 ℃和小于10 με。实验结果表明,基于相干检测DOFC的BOTDA传感系统可快速实现温度和应力的长距离、高精度传感。
光纤光学 传感系统 数字光频梳 受激布里渊散射 布里渊光时域分析 快速测量 激光与光电子学进展
2018, 55(11): 110602
1 暨南大学光子技术研究院, 广东 广州 510632
2 暨南大学信息科学与技术学院, 广东 广州 510632
利用高频二氧化碳(CO2)激光脉冲写入法制备了一种基于少模长周期光纤光栅(LPG)的高灵敏度扭矩传感器。两个纤芯线偏振(LP01和LP11)模式耦合形成谐振峰。扭转灵敏度可达0.528 nm·rad-1·m-1, 所提扭矩传感器的扭转灵敏度比普通单模LPG提高一个数量级。引入扭转的LPG可以看作是对原光栅进行周期性螺旋调制, 其有效光栅周期与扭转率成比例, 从而使谐振峰波长发生漂移, 这是形成高扭转灵敏度的主要原因。这种新型LPG对环境折射率和温度的交叉敏感性较弱, 可以用作高精度的接触性扭矩传感器, 在涉及扭转测量的很多领域有广阔的应用前景。
光纤光学 光纤传感器 扭矩传感器 光栅 激光与光电子学进展
2017, 54(10): 100602
1 深圳大学纳米光子学研究中心, 广东 深圳 518060
2 深圳大学光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室, 广东 深圳 518060
3 阿德莱德大学光子和先进传感器研究所, 阿德莱德 5005
研究了轨道角动量(OAM)模式在柚子型微结构光纤(MOF)中的传输。光纤纤芯周围存在一层直径为3 μm的柚子型空气孔, 由于空气孔与光纤纤芯之间存在较大的折射率差, 传输的光被局限在纤芯中, 从而形成稳定的传输模式。通过有限元法对光纤中的矢量本征模式进行模拟, 得到了模式的有效折射率和模场分布。结果表明, MOF在630 nm波长附近可支持10个OAM模式传输, 各模式间的有效折射率差达到0.01以上,较大的有效折射率差可抑制光纤中各模式间的相互耦合, 从而提高OAM模式在光纤中的传输性能。实验中利用特殊设计的光学旋涡达曼光栅对在光纤中传输1 m的OAM1,1和OAM-1,1模式进行解调。
光纤光学 轨道角动量 有限元法 柚子型微结构光纤 有效折射率差 模式传输
1 哈尔滨师范大学 物理与电子工程学院, 哈尔滨 150025
2 齐齐哈尔医学院 医学技术学院, 黑龙江 齐齐哈尔 161006
理论分析了切趾弱双折射光纤布喇格光栅反射偏振相关特性与温度之间的关系.数值模拟了切趾弱双折射光纤光栅的反射谱、偏振相关损耗和差分群时延随波长变化曲线.实验测出了不同温度下反射谱、偏振相关损耗和差分群时延随波长变化曲线.根据实验结果对偏振相关损耗和差分群时延的变化情况作出了分析.反射偏振相关损耗呈现两个峰值，随温度增加两峰漂移程度相同，表明偏振相关损耗无明显差异.差分群时延最大值随温度增加成线性向长波方向漂移，证明了光纤光栅正交模损耗变化的等同性.综合理论分析与实验结果表明：切趾弱双折射光纤布喇格光栅的偏振特性随温度产生明显的变化，其正交模变化呈现等比例特性.
光纤布喇格光栅 双折射 偏振相关损耗 差分群时延 Fiber Bragg grating Birefringence Polarization dependent loss Differential group delay
1 哈尔滨师范大学物理与电子工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150025
2 齐齐哈尔医学院医学技术学院, 黑龙江 齐齐哈尔 161006
根据耦合模理论和琼斯矩阵与斯托克斯矢量的关系给出单模均匀光纤布拉格光栅(FBG)反射和透射斯托克斯参量公式，数值模拟出低双折射单模光纤均匀FBG在不同双折射值下反射和透射斯托克斯参量随波长变化的曲线。结果显示4个归一化斯托克斯参量中，s1关于中心波长λ0呈反对称分布，S0，s2和s3关于λ0呈对称分布；双折射值增大谱线不产生漂移，但谱线反射带宽变窄，反射信号与透射信号斯托克斯参量振幅均有不同程度的变化，表明双折射值对斯托克斯参量的影响非常显著。测出单模光纤均匀FBG反射和透射斯托克斯参量随波长变化曲线，理论分析与实验结果基本符合。
光纤光学 光纤布拉格光栅 斯托克斯参量 耦合模理论 双折射 激光与光电子学进展
2011, 48(11): 110601
