1 南昌大学机电工程学院江西机器人与焊接自动化重点实验室，江西 南昌 330031
2 上海工程技术大学机械与汽车工程学院机器人研究所，上海 201620
基于倾斜光纤光栅模式耦合理论，采用OptiGrating软件仿真分析了倾斜光纤光栅（TFBG）在不同环境折射率下的光谱特性变化。结果表明，当外界环境折射率小于包层模折射率时，TFBG的纤芯模和包层模都会存在；当外界环境折射率大于等于包层模折射率时，只有纤芯模存在，包层模会消失。在蒸馏水、无水乙醇、红花油、花生油和大豆油溶液中，TFBG的光谱特性实验结果与仿真结果一致。研究结果对装有大折射率液体的管道泄漏的实时监测具有一定的指导意义。
光栅 倾斜光纤光栅 折射率 透射光谱 包层模 纤芯模 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1105003
1 山东科技大学 电气信息系, 济南 250031
2 山东科技大学 电子通信与物理学院, 山东 青岛 266590
3 济南产业发展投资集团有限公司, 济南 250000
4 青岛求实职业技术学院 汽车工程学院, 山东 青岛 266000
全光纤干涉式传感结构作为一种新兴的高灵敏度和高光学集成性光纤传感器, 由于其传感特性与其结构密切相关, 使传感器设计更加灵活, 因此, 传感机理及如何提高测量性能成为研究该类传感器的关键。文章利用有限差分光束法得到全光纤干涉式传感结构中传感光纤部分去包层和弯曲时的输出光谱, 再通过傅里叶变换得到空间频谱情况与色散方程进行比对, 最终获得两种增敏方式下主要参与耦合包层模的情况。结果表明, 相较于未增敏前, 增敏后参与耦合的包层模数量有所增多, 阶数有所增高, 且在一定范围内, 弯曲半径越大, 主要参与耦合的包层模阶数越高。
全光纤干涉式 包层模 频谱 in-fiber interference cladding mode spatial frequency spectrum
利用OptiGrating软件研究了TFBG(倾斜光纤光栅)在环境折射率变化极其微小的情况下不同模式的光谱特性。结果表明, 微小环境折射率的变化对纤芯模与幻影模的影响甚微, 却对包层模影响较大。由于变化极小, 包层模谐振波长的漂移可以忽略, 只需考虑谐振峰深度的变化。发现波长在1 542 nm附近的高阶包层模对环境折射率高度敏感, 并且在一定的范围内灵敏度极高, 最高可达10-5 量级, 在高精度折射率传感领域前景广阔。
倾斜光纤光栅 环境折射率 高阶包层模 高精度折射率传感 TFBG surrounding refractive index higher-order cladding mode high precision refractive index sensing
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
针对大模场双包层光纤在光纤输出隔离器中的应用, 根据模式传输理论分析了单模激光在多模光纤中的传输特性。多模光纤与单模光纤无偏心的连接, 经单模光纤传输的光在多模光纤中激发出一系列相互叠加的LPon模。利用有限差分光束传播法(FD-BPM)分析波长为1 064 nm时双包层光纤的模式传输, 利用耦合模扩散理论分析了包层中模场和纤芯中模场的相互影响。结果表明: 因为包层模的存在, 光纤输出隔离器的性能受到影响, 插入损耗增加36%。
双包层光纤 隔离器 包层模 插入损耗 double cladding fiber isolator cladding mode insertion loss
中国计量大学 光学与电子科技学院, 杭州 310018
为了解决光纤传感器波长解调成本高以及交叉敏感的问题, 提出一种温度不敏感光纤曲率传感器, 该传感器是由花生形结构连接一个光纤布喇格光栅组成, 对反射光采用强度解调.光进入花生形结构后激发出包层模式, 通过光纤布喇格光栅反射后, 反射的纤芯模再次在花生形结构产生不同阶次的包层模, 然后和反射的纤芯模耦合, 在反射光谱中除了光纤布喇格光栅的布喇格反射峰外, 在短波长处出现若干个谐振峰, 波长越小, 包层模的阶次越高.实验结果表明曲率的变化范围为0.669 0~1.250 0 m－1时, 测量到反射谐振峰平均光功率为2.260×10－7~1.501×10－7 mW,灵敏度为－1.306×10－7 mW/ m－1, 在温度范围25℃~75℃内, 反射包层模光功率基本保持不变.该传感器成本低且花生形结构制作简单、机械强度大.
光纤光学 传感器 包层模 反射光 曲率 温度 Fiber optics Sensor Cladding mode Reflected light Curvature Temperature 光子学报
2016, 45(11): 1106006
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学 电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
3 北京航空航天大学 惯性技术重点实验室, 北京 100191
4 北京航空航天大学 精密光机电一体化教育部重点实验室, 北京 100191
分析和阐释了POF光纤的包层模受抑全内反射(CMFTIR)效应及其传感机制.提出利用光纤宏弯导致模场畸变从而激发光纤包层模式的方法获得显著的CMFTIR效应并利用其实现液位传感.实验表明CMFTIR效应相对微弱,极易淹没于强背景噪声中,为此通过噪声分析提出利用宏弯耦合获得暗场信号以进一步提升信噪比.设计了双绞宏弯耦合型液位探头及其封装结构.实验结果表明,暗场耦合信号具有明显的信噪比优势,实现传感器液位区分度大于3.7 dB.相较于同类液位探头,该传感器鲁棒性好,制作更加简单且成本更为低廉.
POF光纤 液位传感器 包层模受抑全内反射 POF fiber liquid level sensor cladding mode frustrated total internal reflection
北京交通大学光波技术研究所，全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
提出了一种基于偏芯熔接结构的光纤振动传感器，该传感器具有较好的梳状滤波特性和较高的消光比。通过对该结构的传感器的弯曲响应特性进行分析，实验结果表明该传感器对弯曲变化表现出了近似线性响应的特性。在此基础上进一步研究了传感器的振动响应特性，对传感器工作在线性响应区域和非线性响应区域的振动响应特性进行了分析和对比。实验结果表明，该传感器在线性工作区域表现出了极好的振动响应特性，其振动响应谱线与马赫曾德尔型光纤干涉仪相类似。此外，该传感器在无振动情况下的噪声极低，具有较好的实际应用价值。
光纤光学 偏芯熔接结构 振动传感器 包层模 模式干涉 光学学报
2014, 34(12): 1206007
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, 上海 200072
研究了一种具有双包层结构的包层模谐振特种光纤，该特种光纤具有一个低折射率内包层，基于耦合模原理，纤芯模与包层模之间发生谐振耦合，从而获得具有带阻特性的传输光谱。系统介绍了包层模谐振光纤的制备、传输原理及其弯曲、溶液折射率、折射率/温度双参量等传感特性。实验和理论研究结果表明，包层模谐振特种光纤对于弯曲、溶液折射率参量具有良好的敏感性，此外，通过内包层掺杂可以调节包层模谐振光谱的温度敏感特性。
光纤传感器 包层模谐振 双包层光纤 弯曲 折射率 温度
1 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室培育基地, 上海 200072
2 上海大学通信与信息工程学院, 上海 200072
提出了一种基于强度检测的包层模谐振特种光纤传感系统。包层模谐振特种光纤是一种新型的传感元件，对折射率和弯曲等物理量十分敏感。利用它的光谱滤波特性，结合分布式反馈激光器的窄带光谱，可将传感参量改变而引起的光谱移动，最终转化为光强度的变化。在该传感系统中设置了参考光路，抑制了光源波动对实验结果的影响。分析了传感系统中其他影响传感精度的因素。这种方法基于光强度的测量，采用全光设计，无需机械部件调谐，具有方法简单、成本低廉等优点。通过实验，实现了0.0005 R.I.U.(单位折射率)的解调精度。
光纤传感 强度检测 特种光纤 包层模谐振
