1 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院纤维集成光学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工程大学烟台研究院先进光纤传感技术研发中心，山东 烟台 264006
基于光纤后向散射的光纤传感技术具有全分布、长距离等特点，在诸多领域受到广泛关注，被认为是一种变革性技术。散射光随着传输距离增加逐渐减弱，信噪比降低导致感知性能下降，成为限制其在长距离应用的主要因素。通过光纤掺杂、写入弱光栅等方式增加光纤散射强度可以有效缓解该问题。然而对于数千米的超长距应用，散射增加意味光纤损耗的增强，通过增加散射来提升信噪比的方法失效。本课题组提出一种增加光纤后向散射强度但不增加光纤本征损耗的散射收集能力增强光纤。本文分别从增强光纤散射能力和增强后向收集能力两个方向总结了散射增强光纤的几种方法，论述了各种方法的优缺点，并进行了简要展望。
光纤光学 分布式传感 散射增强光纤 辐照光纤 微结构光纤 掺杂光纤 超长锥形光纤
中国电子科技集团公司第四十六研究所特种光纤材料研发中心，天津 300220
空芯微结构光纤按照导光原理不同可分为空芯光子带隙光纤和空芯反谐振光纤。在这两种光纤中，空气孔内壁粗糙度导致的散射损耗是其损耗来源之一。在空芯光子带隙光纤中，散射损耗是其损耗的主要原因；在空芯反谐振光纤中，在短波长时散射损耗也是其损耗的重要原因之一。为了降低空芯微结构光纤的散射损耗，需要针对空气孔内壁粗糙度展开深入研究。为此，本文介绍了空芯微结构光纤空气孔内壁粗糙度相关理论、测试技术和抑制方法的研究进展，对相关理论和实验结果进行了总结，对将来需要重点研究的方向提出了建议。
光纤光学 空芯微结构光纤 空气孔内壁粗糙度 散射损耗 粗糙度测试技术 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2300003
1 中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室，山西 太原 030051
2 中北大学软件学院，山西 太原 030051
结合光纤工作频带宽、传输损耗小以及微机电系统（MEMS）制造工艺可实现微小型化、批量化和高一致性生产的优势，MEMS光学声传感器表现出高灵敏度、宽频带、大动态范围和高信噪比的优异声探测性能，受到了科研人员的普遍关注和深入研究。根据声敏感单元结构不同，将MEMS光学声传感器分为微结构光纤光栅型、光纤干涉仪型和微谐振腔型。然后，分别介绍了不同类型MEMS光学声传感器的声敏感原理，并在此基础上讨论了它们在不同声探测领域中的研究现状以及目前最为成熟的应用领域。最后展望了MEMS光学声传感器在MEMS工艺逐渐成熟的促使下，可与硅基光电子集成技术相结合实现系统片上集成的未来发展趋势。
光纤光学 微机电系统制造工艺 声传感器 微结构光纤光栅 光纤干涉仪 微谐振腔 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312017
1 燕山大学信息科学与工程学院，河北 秦皇岛 066004
2 石家庄职业技术学院电气与电子工程系，河北 石家庄 050081
3 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室，河北 秦皇岛 066004
通过在高双折射微结构光纤包层构建缺陷并在其外侧空气孔镀金的方法，实现一种基于“耦合-耦合-吸收”滤波机理的新型单模单偏振微结构光纤（SMSP-MSF）。纤芯中需要滤除的偏振态模式能量通过“纤芯与缺陷芯耦合”和“缺陷芯与金缺陷耦合”两次耦合作用传递至镀金孔中，再利用金缺陷的等离子体共振效应对能量进行吸收，以实现宽带的单模单偏振传输。基于上述机理，利用全矢量有限元法，得到了两种宽带SMSP-MSF。所设计的正六边形晶格SMSP-MSF的纤芯x偏振模式与缺陷芯模式、金层二阶表面等离子极化激元模式在多个波长分别谐振，实现380 nm的单模单偏振传输带宽。所设计的正方形晶格SMSP-MSF利用纤芯及缺陷芯相互垂直的排布方式，保证了纤芯与缺陷芯x偏振模式耦合，而y偏振模式不耦合，在1.55 μm处实现了偏振消光比高达113 dB的高质量单模单偏振传输。
光纤光学 微结构光纤 单模单偏振 模式耦合 表面等离子体共振 偏振消光比
1 山西能源学院 能源与动力工程系, 山西 晋中030600
2 长春理工大学 材料科学与工程学院, 吉林 长春130022
采用全矢量有限元法设计了一种大模场双包层微结构光纤及锥形波导结构。采用复丝拉制方法制备了成分为45Bi2O3-29GeO2-15Ga2O3-10Na2O-1CeO2的大模场双包层微结构光纤, 纤芯直径为70 μm, 内包层的占空比为0.25, 模场面积约为3 014.8 μm2。采用熔融拉锥技术制备了纤芯直径为17.5 μm、有效模场面积为206.47 μm2的锥形光纤。在980 nm泵浦下研究了微结构光纤及其锥体的激光特性。结果表明, 拉锥后微结构光纤的激发光谱中心波长由1 550.2 nm向短波漂移至1 546.9 nm, 而输出激光光束质量因子M2由3.45±0.03显著减少至1.16±0.01。拉锥前后的斜率效率分别达到10.29 %和9.70 %。研究结果表明, 拉锥可有效改善大模场双包层有序微结构光纤的激光输出模式, 拉锥后的激光输出具有良好的单模特性。该项技术研究结果为大模场、高功率的激光光纤材料制备提供了新的技术途径。
Er3+/Yb3+共掺 微结构光纤光锥 模场 1.5 μm激光特性 Er3+/Yb3+ co-doped microstructure fiber taper mode field 1.5 μm laser characteristics
强激光与粒子束
2022, 34(5): 051001
江西师范大学物理与通信电子学院, 江西 南昌 330000
提出了一种双芯太赫兹光纤定向耦合器,两介质圆柱分别悬挂于两环形介质层的内部,形成光纤的两个纤芯,通过调节结构参数可使两偏振模耦合长度相等,从而实现了耦合长度与偏振无关的特性。耦合器件长度可为光纤模式耦合长度的1/2,器件长度较短,这降低了模式传输损耗。采用有限元法对耦合器进行了数值分析研究,结果表明:耦合器的长度为0.535 cm,x和y偏振模的传输损耗分别为0.23 dB和0.19 dB;在保证两偏振模的耦合长度差小于1%的前提下,其带宽可达到220 GHz。
光纤光学 微结构光纤 定向耦合器 太赫兹 耦合长度
长春理工大学材料科学与工程学院, 吉林 长春 130022
设计了一种基于36Bi2O3-30GeO2-15Ga2O3-10BaF2-9Na2O玻璃的可在~3 μm波段同时实现高双折射和大负色散的微结构光纤,该光纤结构包括空气孔呈矩形排列的内包层和空气孔呈正六边形排列的外包层。运用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件,从理论上研究了光纤波导结构参数对光纤双折射特性和色散特性的影响。结果显示:在波长2740 nm处,当微结构光纤的结构参数为外包层孔间距Λout=1.5 μm,外包层占空比dout/Λout=0.68,内包层占空比din/Λin=0.86,Λout/Λin=3时,光纤基模的双折射值达到0.0296,x方向偏振基模的色散系数可达-3204.75 ps·nm -1·km -1。结果表明,所设计光纤对~3 μm波段光纤激光器的色散与双折射调控或光纤传感领域扩展具有一定的指导意义。
材料 微结构光纤 铋酸盐玻璃 双折射 色散 全矢量有限元法 中国激光
2021, 48(24): 2406002
东北大学信息科学与工程学院流程工业综合自动化国家重点实验室, 辽宁 沈阳 110004
为满足空分复用和模分复用系统对大容量、多通道通信光纤的需求,提出了一种新型的沟槽-“十字形”空气孔辅助型多芯少模微结构光纤。利用有限元法(FEM)计算并优化光纤结构参数。结果表明:在工作波长1550 nm处,该光纤实现了LP01、LP11、LP21、LP02、LP31 5-LP模式的稳定传输,有效模场面积分别为113.14、159.70、174.43、104.91、192.74 μm 2,且在传输距离为10 km的情况下,芯间串扰均小于-40 dB,相对纤芯复用因子为62.722。与已报道的多芯少模光纤相比,该光纤具有低串扰和大模场面积的优点,可满足未来大容量、多通道传输系统的需求。
中国激光
2021, 48(19): 1906004
北京师范大学珠海校区认知神经科学与学习国家重点实验室认知神经工效研究中心，珠海 广东 519085
近年来，聚合物光纤因其体积小、质量小、柔软、成本低等诸多优点，以及不同于石英光纤的生物相容性等优良特性，在传感及通信等领域逐渐受到了重视。系统介绍了包括聚甲基丙烯酸甲酯、环烯烃共聚物、环烯烃均聚物以及聚碳酸酯等的聚合物光纤组成材料，基于不同波段的刻写激光源如248 nm、266 nm、325 nm等的光栅制备技术，以及包括相位掩模板刻写、飞秒激光直写技术以及飞秒激光双光子聚合刻写技术等的光栅刻写技术。最后，回顾了近些年聚合物光纤光栅在传感及通信领域的研究进展，并进行了总结和展望。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306020
