红外与激光工程
2022, 51(10): 20220491
1 西南科技大学 理学院, 四川 绵阳 621010
2 西南科技大学 计算机科学与技术学院, 四川 绵阳 621010
传统光纤式压力传感装置由于结构及材料的限制, 其灵敏度难以进一步提升。基于马赫-曾德尔干涉传感原理, 设计一种掺杂型双芯光子晶体光纤(DC-PCF)横向压力传感结构。根据不同掺杂材料和光纤截面结构参数对压敏特性的影响, 分析压力灵敏度与光纤结构关系, 综合模场面积, 获得高压力灵敏度DC-PCF结构。仿真结果表明: 当入射传输波长为1550 nm、双芯光子晶体长度为6 cm时, 横向压力下X偏振压力灵敏度可达37.56 nm/MPa, Y偏振压力灵敏度可达35.27 nm/MPa。相对传统光子晶体横向压力传感器, 该传感结构的压力灵敏度提高了近60倍。
双芯光子晶体光纤 横向应力 聚甲基丙烯酸甲酯 有效折射率差 dualcore photonic crystal fibers transverse stress polymethyl methacrylate effective refractive index difference
东北石油大学 电子科学学院, 黑龙江 大庆 163318
基于四层光纤模型, 采用数值模拟方法, 研究了镀膜长周期光纤光栅的膜层折射率及厚度等参数对其传输谱特性的影响。结果表明, 随膜厚增加, 各包层模式有效折射率增大, 谐振波长向短波区漂移。当膜厚达到一定数值后, 有效折射率及谐振波长急剧变化, 长周期光纤光栅频谱出现模式转换现象, 模式跳变转折点对应最优薄膜厚度, 不同薄膜介质对应不同的最优膜厚, 研究对提高长周期光纤光栅传感器的敏感度具有重要的指导意义。
镀膜长周期光纤光栅 有效折射率 谐振波长 最优膜厚 coated long period fiber gratings effective refractive index resonant wavelength optimum overlay thickness
1 北京交通大学 全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
2 北京交通大学 光波技术研究所, 北京 100044
提出了一种基于环形芯铒离子部分掺杂光纤的涡旋光纤放大器。针对该掺铒光纤的放大特性, 研究了光纤长度、掺铒浓度与抽运功率对信号模式增益特性的影响。研究结果表明, 该光纤放大器能够支持22个轨道角动量模式稳定传输, 且C波段(1 530～1 565 nm)所有信号模式增益大于23 dB, 信噪比高于27 dB, 差分模式增益小于0.015 dB。所提出的基于环形芯光纤的涡旋光纤放大器具有支持轨道角动量模式数量多、差分模式增益低、信噪比高的优势, 对于OAM复用长距离传输系统中的在线放大具有重要参考价值。
光纤放大器 轨道角动量 有效折射率差 差分模式增益 自发辐射放大 fiber amplifier orbital angular momentum effective refractive index difference differential mode gain amplified spontaneous emission
基于介质加载石墨烯等离激元波导(DLGPW),提出并研究了单介质加载双层石墨烯对称表面等离激元波导(DLTGSSPW)。在DLTGSSPW中,双层石墨烯中的表面等离激元(SPP)相互作用,形成耦合的SPP模,即对称和反对称SPP模。采用有效折射率法和有限元法进行研究,发现耦合的SPP模的有效折射率、传播损耗、模式数目及电场强烈地依赖于DLTGSSPW的参数,例如入射波长、单介质条的高度和宽度等。耦合的SPP模与三层介质平板波导中的导模很相似。另外,当单介质条的高度足够大时,在每层石墨烯中,耦合的对称和反对称SPP模退化成非耦合SPP模,DLTGSSPW可被看作两个独立的DLGPW。DLTGSSPW这种性质使其有望在集成光学器件中有潜在的应用价值。
表面光学 表面等离子激元 波导 有限元法 有效折射率法 石墨烯 激光与光电子学进展
2019, 56(20): 202413
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
针对纤芯折射率分布为倒抛物线型的光纤结构,在光纤的纤芯与包层之间增加低折射率层,构成了改进的新型光纤。该光纤可容纳高阶轨道角动量(OAM)模场,通过归一化截止频率的计算得到光纤可支持9种模式,最高可容纳拓扑荷数为3的OAM模式。计算得到简并模式LP11与LP21的有效折射率差均可达到2.1×10
-4,简并模式LP31之间有效折射率差可达到10
-3,能够有效地使矢量模式简并分离,对越高阶的模式简并分离效果越好。最后分析了此光纤结构低折射率层的分布对于光纤可容纳涡旋光束模式数目的影响。
光纤光学 涡旋光束 矢量模式 有效折射率 激光与光电子学进展
2019, 56(2): 020601
上海理工大学 理学院光电功能薄膜实验室, 上海 200093
依据包层模有效折射率的概念及包层模场的光功率密度分布, 重新审视了镀膜长周期光纤光栅“模式转换”现象, 对“模式转换”给出了新的物理图像.通过修正镀膜长周期光纤光栅包层模有效折射率的范围, 指出有效折射率呈现的台阶式增长是各次包层模自身属性的反映, 不存在高次模式替代低次模式的过程, 并将“模式转换区”重命名为“模式垒区”.通过分析包层模场的光功率密度分布, 指出“模式转换区”较低次包层模式进入薄膜层传输说法的不合理性.研究表明, 当薄膜厚度达到一定厚度时, 包层模场光功率分布将愈加集中在薄膜层内部, 但并非沿着薄膜层传输.讨论了镀膜长周期光纤光栅传感器薄膜参数优化的问题, 在修正的包层模有效折射率范围和未修正的包层模有效折射率范围的情况下分别进行优化, 并对优化结果进行比较, 结果表明两种情况下的优化结果存在较大的偏差.从机理上解释了修正薄层模有效折射率范围后的优化结果的正确性, 为设计高灵敏镀膜长周期光纤光栅传感器提供了新的理论指导.
光纤光学 镀膜长周期光纤光栅 模式转换 有效折射率 功率密度分布 灵敏度 Fiber optics Coated long-period fiber grating Mode transition Effective refractive index Power density distribution Sensitivity
1 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
提出了一种基于LP01和LP11模式干涉的少模光纤温度传感器,利用单模光纤(SMF)和少模光纤(FMF)在入射端偏芯熔接、出射端对准熔接制作而成。利用标量法对FMF建立理论模型,通过光场的电磁边界连续条件推导出了FMF的特征方程,并通过对特征方程数值求解详细分析了FMF中的传输模式;通过有限元分析软件对上述理论模型仿真计算,验证了理论计算结果的正确性;利用制作的传感器进行温度传感实验,并对不同温度下的传输光谱进行傅里叶变换,对参与干涉的两种模式进行了分析。根据光纤的热光效应,建立温度传感模型,分析计算该传感器的温度灵敏度,实验结果与理论计算一致。利用上述特性制作的传感器进行温度测量,当温度发生变化时,干涉峰发生漂移,在25.3~77.3 ℃范围内,传感器长度为16 mm时,温度灵敏度为158.06 pm/℃。该传感器能广泛应用于工业生产、生物医学等领域的温度测量。
光纤光学 传输模式 有效折射率 马赫-曾德尔 少模光纤 温度传感器
1 南京邮电大学 a.光电工程学院
2 南京邮电大学 b.贝尔英才学院，南京 210023
文章提出一种可以传输42个轨道角动量(OAM)模式的环形光子晶体光纤，该光纤由中心空气孔、环形高折射率层以及包层构成，其中包层是由方形空气孔与圆形空气孔共同组成。利用有限元法对其进行仿真分析，仿真结果表明，这种结构在1.55 μm处可以将简并模间的有效折射率差提高到3.45×10-3，从而大大减小模式间的耦合，所有模式的色散值均较小，例如HE2,1模式的色散只有53.29 ps/(nm·km)。此外，光能量主要集中在环形高折射率区域内，且环形区域大小可灵活设计。
轨道角动量 光子晶体光纤 有效折射率 色散 orbital angular momentum photonic crystal fibers effective refractive index dispersion
