光子学报
2022, 51(11): 1106001
临沂大学 自动化与电气工程学院, 山东 临沂 276005
基于光纤光栅的模式耦合理论, 用传输矩阵法对长短周期级联光纤光栅的传输谱特性进行分析。先由耦合模方程分别得到长周期光纤光栅(LPFG)、连接光纤段和短周期光纤光栅 (FBG)的传输矩阵, 然后将它们相乘得到总的传输矩阵, 最后再结合边界条件求得长短周期级联光纤光栅(CLBG)的传输谱。进一步对CLBG的传输谱进行了数值模拟, 并通过实验进行了验证。实验结果表明, CLBG的传输谱中出现了由纤芯模和包层模耦合形成的两个谐振峰, 与模拟计算的结果一致, 证明了传输矩阵法求解CLBG传输谱的可行性, 为CLBG在多参量传感和测量领域的广泛应用提供了理论支持。
长短周期级联光纤光栅 模式耦合理论 传输矩阵法 传输谱 long- and short-period cascaded fiber grating coupled-mode theory transmission matrix method transmission spectrum
北京工业大学材料与制造学部超短脉冲激光及应用研究所, 北京 100124
为获得较大展宽量的光纤器件,在相位掩模版刻写技术的基础上设计并制作了两种啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)展宽器。基于相位掩模版刻写技术的原理和CFBG的色散补偿理论,提出了两种展宽器的制作方法,并优化了刻写光路,获得了高反射率、大反射带宽的CFBG。通过拉力传感器控制CFBG的反射谐振波长,通过改进刻写方式制作了大色散量的CFBG级联展宽器和大反射带宽的CFBG串联展宽器。搭建了两种展宽器的测试光源,通过直接测量的方式得到CFBG级联展宽器所提供的展宽量约为345 ps,这与理论结果相符;通过正、反接的方式间接推算了CFBG串联展宽器所提供的展宽量约为278.7 ps,这小于理论结果。
光纤光学 相位掩模版刻写技术 啁啾光纤布拉格光栅色散管理 光纤布拉格光栅级联展宽器 光纤布拉格光栅串联展宽器
1 上海航天控制技术研究所，上海 201109
2 中国科学院上海光学精密机械研究所， 上海 201800
为了在较低泵浦功率下实现单纵模双波长激光信号的输出，进而获得窄线宽的高频微波信号，设计并实验了一种基于复合滤波结构的窄线宽高频微波信号产生装置。通过8字腔结构布里渊增益腔和反射式光纤光栅构成的波长选择滤波器实现了4倍布里渊频移间隔的双波长斯托克斯光信号输出，采用200 m长单模光纤作为增益介质，同时与50 m长单模光纤构成级联光纤环结构，采用三端口耦合器与2 m长未泵浦的保偏掺铒光纤构成萨格纳克环结构，利用级联光纤环结构和萨格纳克环结构的复合滤波作用实现了斯托克斯光信号模式的选择，使输出的斯托克斯光信号由多纵模运行状态变为单纵模运行状态。实验证明：通过对输出的单纵模双波长斯托克斯光信号进行拍频检测可得42.85 GHz的高频微波信号产生，线宽为38 kHz；通过改变可调谐泵浦激光器的输出波长，可实现42.25~43.51 GHz范围内的频率调谐；通过稳定性测试，产生的42.85 GHz高频微波信号的频率变化在0.83 MHz内，峰值功率变化在±0.8 dB内，稳定性良好，满足实际应用需求。
光纤光学 高频微波信号 级联光纤环 萨格纳克环 fiber optics high frequency microwave signal cascaded fiber ring Sagnac ring 红外与激光工程
2021, 50(10): 20210074
1 西安邮电大学 a. 电子工程学院
2 西安邮电大学 b.通信与信息工程学院， 西安 710121
为改善密集波分复用系统中光纤放大器的增益平坦度和传输带宽，基于两段非同种光纤建立了一种多波长泵浦与级联技术相结合的理论模型，在不同位置注入不同波长组合模式的泵浦光。通过多泵浦同时抽运拓宽带宽、光纤级联平坦增益波动,利用四阶龙格-库塔法对N信道拉曼耦合波方程进行数值求解，采用具有高拟合度的傅里叶曲线拟合仿真谱线，使光纤拉曼放大器实现先放大后补偿，提升了信号光的传输带宽和平均增益值，在不使用增益均衡器的条件下能维持理想的增益平坦度。仿真结果表明，最终放大器平均增益值为36.75 dB，传输带宽为57 nm，增益平坦度仅为0.03 dB，能够为光纤拉曼放大器的设计提供参考。
多泵浦拉曼放大器 级联光纤 傅里叶拟合 增益平坦度 multi-pump Raman amplifier cascaded fiber Fourier fitting gain flatness
浙江大学 光电科学与工程学院 光及电磁波研究中心, 杭州310058
设计了一种10 m掺铥光纤级联于3 m大模场光子晶体光纤末端的结构，利用400 fs、1 550 nm脉冲光产生孤子自频移，在入射光功率相同的情况下，掺铥光纤末端的孤子频移量比大模场光纤末端多100~150 nm，平均多30%左右.孤子与泵浦光在掺铥光纤末端的输出光谱表明，残留泵浦光作用于Tm3+，在1.8~2.1 μm范围产生受激辐射，从而增强了拉曼效应，导致孤子自频移增强.实验结果揭示了一种增强孤子自频移效应的方法，对于了解孤子在光纤中频移特性和提高基于孤子自频移的可调谐光源的调谐范围等具有参考意义.
非线性光学 可调谐光源 级联光纤 孤子 孤子自频移 增强效应 Nonlinear optics Tunable light sources Cascaded fiber Solitons Soliton self-frequency shift Enhanced effect
1 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
The joint transfer of frequency and one pulse-per-second time signals based on dense wavelength division multiplexing technology is demonstrated over a compensated cascaded fiber link of 230 km, consisting of two stages of fiber links with lengths of 150 km and 80 km . A bi-directional erbium-doped fiber amplifier is inserted in the center of 150 km fiber link to compensate for significant optical attenuation. After every stage has achieved the steady state by optical compensation, the Allan deviation of frequency signal of the cascaded system is 3.1×10-14 at 1 s and 6.3 × 10-18 at 104 s respectively; the time deviation of time signal is less than 3.5 ps at an averaging time of 102 s to 104 s. Further, it is verified that the stability of the cascaded link is the standard deviation of the stabilities of the two stages links for both frequency and time signals. After calibration, time synchronization is also realized and the accuracy is within 90 ps.
1 上海理工大学理学院光电功能薄膜实验室, 上海 200093
2 中国电子科技集团公司第二十三研究所第十研发部, 上海 200437
通过理论模拟和实验研究了级联倾斜长周期长纤光栅(CTLPFG)的传输谱特性。基于耦合模理论和传输矩阵法，分析了级联长度、级联位置、级联个数和光栅倾角对级联倾斜长周期光纤光栅传输谱的影响：级联长度和级联位置对CTLPFG 和级联长周期光纤光栅(CLPFG)传输谱的影响是一致的；随着光栅倾角的增大，CTLPFG 的二阶包层模对应的损耗峰增强，三阶包层模对应的损耗峰变化不明显，且二阶包层模显著强于三阶包层模，二阶模的传输谱对60 °以上的光栅倾角的变化很敏感；级联段数的增加可以明显增加通带的宽度，且通带宽度与级联段数呈很好的线性关系(回归系数为0.9988)，表明CTLPFG 在双峰滤波器中有良好的应用价值。实验上，利用逐点写入法刻制了CTLPFG，通过实验结果和理论模拟结果的比较分析，发现实验和理论结果表现出较好的一致性。
光纤光学 级联光纤光栅 耦合模理论 倾斜长周期光纤光栅 传感 中国激光
2015, 42(10): 1005005
1 燕山大学里仁学院, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
为解决长周期光纤光栅 (LPG)折射率测量时的温度交叉敏感问题, 利用布喇格光纤光栅 (FBG)对环境折射率不敏感的特点, 将其与长周期光纤光栅 (LPG)级联, 构成具有温度补偿的折射率传感方案。实验结果表明: 随着温度的变化级联光栅的两个透射谐振波长都有线性变化, 而改变溶液折射率时只有一个透射谐振波长改变。因此, 可以利用级联光栅对折射率和温度双参量进行同时测量, 补偿因温度变化产生的测量误差。
级联光纤光栅 折射率 温度补偿 cascaded fiber grating refractive index temperature compensation
1 燕山大学 里仁学院, 河北 秦皇岛066004
2 燕山大学 信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛066004
为了实现水中氨氮质量浓度的在线检测, 基于光纤光栅传输理论, 提出了一种利用级联光栅, 双参量同步测量的传感方案, 推导出传感系统的灵敏度矩阵。实验测出了布拉格光纤光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPFG)的温度灵敏度系数、氨氮质量浓度灵敏度系数, 获得了传感系统的灵敏度矩阵。结果表明, 该方案结构简单、易于实施, 为水中氨氮在线检测的研究提供了一种参考方案。
级联光栅 浓度检测 灵敏度矩阵 氨氮 cascaded fiber grating concentration detection sensitivity matrix ammonia nitrogen
