1 河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心，河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心，河北 保定 071002
随着应变、温度、振动等分布式光纤传感技术的不断深入发展和产品化程度的不断推进，人们越发意识到分布式横向压力光纤传感的重要性，尤其是准分布式光纤光栅等压力传感器在某些重要应用领域的不足越发凸显，对分布式横向压力光纤传感的研究更加迫在眉睫。与其他参量的分布式光纤传感技术相比，分布式横向压力光纤传感基础技术不足、存在机理瓶颈，参量转换的间接测量方法存在复杂度高、准确性差、难以实用化等显著问题。本文在综述前人所开展的分布式压力光纤传感技术原理和存在问题的基础上，重点讨论近些年本课题组在基于偏振分析的分布式横向压力光纤传感方面率先开展的工作和取得的研究成果，主要集中在基于保偏光纤偏振串扰分析和单模光纤分布式全Mueller矩阵偏振分析的分布式横向压力光纤传感涉及的测量与解调系统、传感介质、系统性能及典型应用等方面，也对分布式横向压力光纤传感未来的发展方向与前景进行了展望。
分布式光纤传感 横向压力 偏振分析 保偏光纤 单模光纤
强激光与粒子束
2023, 35(12): 121001
1 北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044
2 河北大学物理科学与技术学院 光信息技术创新中心，河北 保定 071002
3 大阪工业大学 电子信息系统工程学专业，日本大阪 999001
4 山西医科大学第五临床医学院 妇产科，山西 太原 030012
提出并实现了一种基于均匀光纤布拉格光栅（Uniform fiber Bragg grating，UFBG）和双环复合子腔滤波器的可调谐单纵模掺铥光纤激光器。3 dB带宽为0.18 nm的UFBG作为波长选择器件，与可进行模式选择的双环复合子腔滤波器相结合，实现了单纵模激光输出。测得激光器的输出波长为2 048.69 nm，光信噪比为71.82 dB。60 min内的最大波长和功率波动分别为0.03 nm和0.76 dB。此外，激光器的相对强度噪声在>0.5 MHz时，低于-127.81 dB/Hz；采用基于3×3耦合器的非平衡迈克尔逊干涉仪装置测得0.001 s时激光线宽为 7.719 6 kHz。通过调整微位移平台改变作用在均匀光栅上的应力，单纵模激光实现了5.1 nm范围可调谐输出。
光纤激光器 掺铥光纤 单纵模 双环复合子腔滤波器 fiber laser thulium-doped fiber single-longitudinal-mode double-ring compound sub-cavity filter
1 河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心，河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心，河北 保定 071002
飞秒激光直写技术具有无掩模、真三维、高精度等优点，在透明介质光波导器件立体加工中具有很好的应用前景。然而，实际加工中需根据目标材料的特性反复探索和优化加工参数，过程繁琐且复杂。提出了一种基于光相干域反射仪（OCDR）在线监测飞秒激光在已有波导中直写加工微结构或器件的新技术，以光纤波导为例研究了激光脉冲能量、脉冲频率及直写速率对加工结构回波反射特性的影响，并分析了反射特性与加工工艺参数的对应关系。研究结果表明：通过OCDR反射曲线突变点能够快速准确地确定引起材料性质改变的激光能量和脉冲频率的阈值条件，且根据曲线变化趋势和反射峰特点可判断材料性质改变类型；此外，通过分布式测量激光直写反射曲线，可获得加工速率对加工效果的影响规律。该技术为波导内飞秒激光直写微结构或器件工艺参数的摸索提供了一种非破坏、高效、在线的解决方案。
激光技术 飞秒激光 光波导 微纳加工 分布式光纤传感 反射特性 中国激光
2023, 50(16): 1602402
1 北京交通大学电子信息工程学院，北京 100044
2 光信息技术创新中心，河北大学物理科学与技术学院，河北 保定 071002
提出并实现了一种工作在2050 nm波段的单纵模窄线宽掺铥光纤激光器。使用3个耦合器组成的新型复合双环腔抑制密集的多纵模，结合未泵浦的掺铥光纤（作为饱和吸收体），实现了激光的单纵模激射和窄线宽输出。实验结果表明：室温下，激光器的中心波长为2048.76 nm，光信噪比为68 dB。通过60 min的连续测量，得到激光的输出功率波动不大于0.15 dB，中心波长漂移不大于0.02 nm，证明了所设计的激光器具有良好的波长稳定性和功率稳定性。使用基于3×3光纤耦合器的相位解调系统对激光器的频率噪声特性进行测量，并进一步结合β分割线法测量线宽。当测量时间为0.001 s时，激光器的线宽为9.17 kHz。当频率高于1 MHz时，相对强度噪声低于-125.69 dB/Hz。该激光器在激光雷达和空间光通信系统中具有广阔的应用前景。
激光器 掺铥光纤激光器 单纵模 子环腔 饱和吸收体 中国激光
2023, 50(23): 2301002
1 北京交通大学 电子信息工程学院，北京00044
2 河北大学 物理科学与技术学院 光信息技术创新中心，河北保定07100
提出了一种基于3×3耦合器的非平衡迈克尔逊干涉仪和相位信号解调的激光器线宽测量系统，基于相位信号解调的微分交叉相乘算法，可对所采信号进行高速实时处理，快速给出待测激光器的频率噪声信息和线宽值。该系统光路结构简单，无须主动控制，测量结果重复性高。考虑采样信号是否同时包含源信号的最大值和最小值这一重要问题，在仿真和实验两种情况下着重讨论了对源信号进行采样窗口为0.5，0.4，0.1，0.05和0.01 s的采样对所测试激光器频率噪声功率谱密度的影响。仿真和实验均表明，使用采样窗口为0.1，0.05和0.01 s未同时包含源信号的最大值和最小值的采样信号计算获得的激光频率噪声功率谱密度幅值偏高。进一步使用β-分割线法对1.5 μm波段商用激光器和实验室自制的2 μm波段激光器进行线宽测量验证，结果表明，使用同时包含源信号最大值和最小值的采样信号处理得到1.5 μm波段商用激光器的线宽值在测量时间为2 ms时为5 kHz，同时本结论可拓展至全波段适用。
单频窄线宽激光器 线宽测量 频率噪声 相位信号解调 single-frequency narrow linewidth laser line width measurement frequency noise phase signal demodulation
1 河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心，河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心，河北 保定 071002
3 北京交通大学电子信息工程学院，北京 100044
设计并演示了一种2 μm波段高信噪比混合复合谐振腔型单纵模（SLM）掺铥光纤激光器（TDFL）。混合复合谐振腔由基于3个均匀光纤布拉格光栅（FBG）和2个光纤耦合器（OC）的非对称线形复合四腔和基于另外2个OC的双OC环形腔组成。基于游标原理，非对称线形复合四腔可以实现激光SLM选择。双OC环形腔作为窄带滤波器，进一步确保激光器长时间SLM稳定运行。采用放大的1567 nm激光泵浦掺铥光纤，当泵浦功率为2.80 W时，激光输出中心波长为2049.160 nm，输出功率为15.47 mW，光信噪比高达75.65 dB，200 min测量时间内波长和功率波动分别小于0.005 nm和0.85 dB，10 min测量时间内激光可以保持稳定的SLM运行，激光器的阈值泵浦功率和斜率效率分别为1.75 W和1.43 %。提出的TDFL在自由空间光通信、激光雷达、光学传感等领域具有潜在的应用价值。
激光器与激光光学 2 μm波段光纤激光器 混合复合谐振腔 单纵模 光纤滤波器 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0514006
Author Affiliations
Abstract
1 Photonics Information Innovation Center and Hebei Provincial Center for Optical Sensing Innovations, College of Physics Science & Technology, Hebei University, Baoding 071002, China
2 NuVision Photonics, Inc., Las Vegas 89109, USA
A novel quasi-distributed liquid pressure sensing system based on distributed polarization crosstalk analysis (DPXA) in polarization maintaining fiber (PMF) is proposed and demonstrated. We design a special structure of liquid pressure sensing units and invent a corresponding nonlinear calibration method. Five sensing units deployed on a sensing tape can effectively transform the liquid pressure into the transverse-force applied on the sensing PMF, and the induced polarization crosstalk can be measured and located by the DPXA system, so as to further establish the relationship between liquid pressure and crosstalk through the nonlinear calibration method. The liquid pressure sensing system has good sensitivity and high repeatability, and a maximal measurement relative error of 8.96% is measured for the five sensing units, which can be much improved by optimizing the packaging of sensing units. We believe our sensing system will find great applications in the field of engineering liquid pressure sensing.
光电子快报（英文版）
2022, 18(11): 651
1 河北大学物理科学与技术学院 光信息技术创新中心， 河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心， 河北 保定 071002
3 北京交通大学 电子信息工程学院， 北京 100044
提出并验证了一种基于高非线性光纤（HNLF）的布里渊双波长窄线宽光纤激光器，并对其扫频微波信号生成进行了研究。窄线宽光纤激光种子源经高功率掺铒光纤放大器进行功率放大，并使用光纤光栅滤除自发辐射噪声后，作为受激布里渊散射（SBS）的泵浦光；为降低SBS阈值，使用长3.0 m的HNLF作为布里渊增益介质，布里渊激光谐振腔的腔长为6.6 m，对应的纵模间隔约为31 MHz，可以保证在布里渊增益谱范围内实现激光单纵模运行；在HNLF入纤泵浦光功率为1.8 W时，测得布里渊激光的线宽为622.50 Hz，且结合残余泵浦光得到了双波长激光输出，光信噪比>77 dB；对双波长激光进行拍频，在9.4 GHz附近得到微波信号，且利用定制步进电机光纤拉伸机构对HNLF引入应变调制，实现了速率为10 Hz、范围为289.7 MHz的扫频微波信号输出。提出的激光器系统实现方法简单，在光/无线通信、光纤传感、微波光子学等领域具有潜在应用价值。
受激布里渊散射 双波长光纤激光器 扫频微波信号 stimulated Brillouin scattering dual-wavelength fiber laser frequency-swept microwave signal
1 北京交通大学 电子信息工程学院, 北京 100044
2 河北大学物理科学与技术学院 光信息技术创新中心, 河北 保定 071002
3 中国科学院理化技术研究所 固体激光重点实验室, 北京 100190
4 河北建筑工程学院 电气工程学院, 河北 张家口 075000
5 大阪工业大学 电子信息系统工程学专业, 大阪 999001
提出了一种在2 050 nm波段的基于新型无源三环复合子腔的单纵模掺铥光纤激光器。对所提出的新型复合三环子腔滤波器进行了详细的理论分析, 可以通过调整其有效自由光谱范围和透射带宽实现超窄带滤波, 从而确保激光器的单纵模运行。所搭建激光器的输出波长为 2 048.48 nm, 光信噪比为 70 dB, 100 min内的波长和功率波动分别小于 0.02 nm 和 0.453 dB。实验结果表明, 激光器可以工作在稳定的单纵模输出状态。该激光器有望用于自由空间光通信或用作多普勒激光雷达的高功率光纤激光器的种子源。
光纤激光器 掺铥光纤 单纵模 光纤布拉格光栅 fiber laser thulium-doped fiber single-longitudinal-mode fiber Bragg grating
