上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 20093
涡旋光携带轨道角动量,具有螺旋相位,其坡印廷矢量与光轴存在夹角。涡旋光坡印廷矢量的角向分量会引起旋转多普勒效应,可对旋转速度进行直接测量。利用涡旋光的线性多普勒效应与旋转多普勒效应可以对物体的线速度以及转动速进行探测,对物体的复合运动状态进行描述。在此基础上,利用叠加了不同轨道角动量模式的涡旋光对目标进行探测,不同的轨道角动量模式会造成不同的频移,结合线性多普勒效应造成的频移可以测量复合运动具体速度成分。由此提出了一种叠加态涡旋光对于复合运动的测量模型,并分析了不同运动状态对探测结果的影响。
旋转多普勒效应 涡旋光 速度探测 rotational Doppler effect vortex beam velocity detection
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
为了设计用于光频域反射仪(optical frequency domain reflectometer, OFDR)温度传感的涂层光纤,提升OFDR的温度灵敏度,增加其适用场景,从理论上分析了 1 层和 2 层涂层对单模光纤中瑞利频移温度灵敏度的影响并进行了仿真。考虑到外涂层的几何、热和机械性能,首先,用Lame解理论分析涂层对OFDR瑞利频移温度灵敏度的影响;其次,基于温度带来的光纤轴向应变关系以及光纤与 1 层涂层之间的力平衡,提出了仅含 1 层涂层的简化解;最后,针对建立的理论模型,对 1 层以及 2 层外涂层光纤的瑞利频移温度灵敏度进行了仿真。结果表明,瑞利频移温度灵敏度随着外涂层的杨氏模量、半径和热膨胀系数的增加而增加,而与涂层泊松比几乎无关。本研究结果将有助于提高OFDR在高温度灵敏度和低温场景中的应用。
光纤 涂层 光频域反射仪 温度灵敏度 fiber coating optical frequency domain reflectometer temperature sensitivity
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 医用光学技术与仪器教育部重点实验室, 上海 200093
现有报道的PCF-SPR折射率传感器的检测范围普遍较窄, 不能实现低折射率的检测, 且工作波段多数集中在可见光或通信波段, 这限制了传感器的应用范围。鉴于此, 提出了一种基于D型双芯PCF结构的SPR传感器, 使用氧化铟锡作为等离子体材料沉积在D型PCF抛光表面, 并对该传感器的理论模型进行了分析, 包括金属参数对传感性能的影响, PCF结构参数对传感性能的影响。计算结果表明, 该传感器可在波长1300~2600nm的近红外区域实现1.27~1.39的超宽范围的折射率检测, 最高灵敏度可达35000nm/RIU, 分辨率为2.85×10-6RIU。该传感器的超高灵敏度和超宽折射率检测范围可应用于血浆、白细胞、血红蛋白、人体肠粘膜、人体肝脏、丙酮等生物组织及医药和化学领域的检测。
光子晶体光纤 表面等离子体共振 有限元法 折射率传感器 photonic crystal fiber surface plasmon resonance finite element method refractive index sensor
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
光开关是集成光路上一个重要的元器件。提出了一种用在L和C波段基于硫系相变材料(Ge2Sb2Se4Te1)的片上2×2定向耦合器式的可重构光开关,可通过改变相态切换开关。利用仿真软件Lumerical中的Mode Solutions和FDTD Solutions模块设计器件,得到在1500~1625 nm内耦合长度为24.9 μm的Ge2Sb2Se4Te1非晶态下插入损耗(IL)>−0.36 dB,串口对比度(CT)<−24 dB;Ge2Sb2Se4Te1晶态下IL>−0.44 dB,CT<−30.46 dB。利用仿真软件COMSOL模拟532 nm波长激光加热Ge2Sb2Se4Te1,结果显示:一个25 ns、峰值功率45 mW的高斯短脉冲可以使材料由晶态转化为非晶态;施加多个峰值功率20 mW、周期1 μs且占空比0.03%的高斯脉冲阵列可重回晶态。仿真结果表明,设计的光开关在通信波段通过激光加热可以快速实现切换光路的作用。
硫系相变材料 光开关 激光加热 chalcogenide phase-change material optical switching laser heating
1 北京航空航天大学精密光机电一体化技术教育部重点实验室, 北京 100191
2 北京航空航天大学惯性技术国防科技重点实验室, 北京 100191
间隙光纤光栅(g-FBG)兼具菲索干涉和相移光纤光栅(PSFBG)的特征,仿真研究和分析了g-FBG反射谱中菲索干涉谱型和相移光纤光栅谱型对微间隙和温度的敏感特性,提出了一种同时测量微间隙和温度的方法,并建立了测量模型。搭建g-FBG实验系统,测试了不同间隙下的反射谱,验证了仿真结果,数据分析表明微间隙测量误差小于±5 nm;制作g-FBG传感头,实现了位移和温度的同时测量,温度灵敏度为8.3 pm/℃,测量精度可达0.1 ℃。基于g-FBG的微间隙与温度同时测量技术具有精度高、体积小和设计灵活等优点。通过建立微间隙与温度的关联方程,可补偿由于温度变化对间隙测量的影响,实现温度无关的微间隙测量。
光纤光学 微间隙传感器 温度传感器 菲索干涉 相移光纤光栅 中国激光
2014, 41(11): 1108003
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院光电工程系, 北京 100191
2 香港理工大学电机工程系, 香港
发现并验证了电弧放电对光栅折射率调制的电弧放电擦除(ADE)效应,利用ADE效应成功制作了相移光纤光栅。基于ADE效应的特点,建立了由这种工艺制作相移光纤光栅的理论模型,基于放电对折射率和光栅擦除长度的影响,采用不同的光栅参数,进行了较全面的仿真研究;同时,设计制作了专用的装置,对基于ADE的相移光栅制作技术进行了全面的实验研究和验证,研究了外部应力、放电参数、光栅参数和退火处理等因素对透射峰值波长、线宽和强度的影响。理论仿真与实验研究结果一致。仿真和实验研究均表明:基于ADE的相移光纤光栅制作技术方便有效,通过优化放电参数和光栅参数,可以制作高质量的相移光栅。
光纤光学 相移光纤布拉格光栅 传输矩阵 电弧放电擦除