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保偏光子晶体光纤的近圆形模场分布特性

中国惯性技术学报 2016年第5期24卷 655-659页

作者：杨汉瑞杨燕夏琳琳尚思飞黄蔚梁李勇勇东北电力大学自动化工程学院吉林市132012

在光纤陀螺中,由于保偏光纤的性能易受环境的影响,制约了光纤陀螺稳定性和精度的进一步提高。保偏光子晶体光纤的研究为光纤陀螺解决环境适应性问题提供了新思路,针对保偏光子晶体光纤与传统光纤的模场匹配问题,采用有限元方法,对保偏... 详细信息

在光纤陀螺中,由于保偏光纤的性能易受环境的影响,制约了光纤陀螺稳定性和精度的进一步提高。保偏光子晶体光纤的研究为光纤陀螺解决环境适应性问题提供了新思路,针对保偏光子晶体光纤与传统光纤的模场匹配问题,采用有限元方法,对保偏光子晶体光纤的保偏性能和模场分布特性进行了分析与研究。通过分析不同空气孔尺寸对保偏光子晶体光纤性能的影响,得到其保偏性能与模场分布特性存在相互制约性。提出了一种改善保偏光子晶体光纤模场分布的方法,并通过仿真分析验证了这一方法的可行性,这为光纤陀螺用光子晶体光纤的发展提供了借鉴。

关键词：保偏光子晶体光纤光纤陀螺模场匹配模场分布拍长

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保偏光子晶体光纤图像特征孔中心提取算法

半导体光电 2018年第6期39卷 886-891页

作者：梁日冯迪于文海白雪菲北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

保偏光子晶体光纤快慢轴的检测是保偏光子晶体光纤应用的关键技术。针对保偏光子晶体光纤端面空气孔数量多、尺寸存在差异及噪声和伪边缘干扰圆心定位精度的问题,提出一种双峰均值二值化法粗定位和径向扫描三点法精定位相结合的方法。... 详细信息

保偏光子晶体光纤快慢轴的检测是保偏光子晶体光纤应用的关键技术。针对保偏光子晶体光纤端面空气孔数量多、尺寸存在差异及噪声和伪边缘干扰圆心定位精度的问题,提出一种双峰均值二值化法粗定位和径向扫描三点法精定位相结合的方法。采用双峰均值二值化法实现空气孔重心的粗定位;利用大空气孔定方位,选取两个具有结构对称的空气孔区域,去除粗大误差点,径向扫描法确定边缘三点进行圆心精定位,并利用半径阈值减小误差。实验结果表明,该方法能有效分割光纤端面图像,圆心偏差小于0.2个像素,为光纤定轴打下必要的理论基础。

关键词：保偏光子晶体光纤空气孔双峰均值二值化径向扫描圆心偏差

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零双折射温度敏感系数保偏光子晶体光纤研究

光学学报 2015年第10期35卷 80-85页

作者：陆林杨远洪李红颖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 北京航空航天大学惯性技术国防科技重点实验室北京100191

分析了影响保偏光子晶体光纤(PM-PCF)双折射温度敏感性的因素,利用有限元法仿真研究了热光效应和热膨胀效应对典型的实心结构PM-PCF双折射温度敏感系数的影响。结果表明在-150℃^+150℃的工作温度范围内,热光效应对双折射的影响可以忽... 详细信息

分析了影响保偏光子晶体光纤(PM-PCF)双折射温度敏感性的因素,利用有限元法仿真研究了热光效应和热膨胀效应对典型的实心结构PM-PCF双折射温度敏感系数的影响。结果表明在-150℃^+150℃的工作温度范围内,热光效应对双折射的影响可以忽略。得到了这种PM-PCF双折射温度敏感系数与相邻空气小孔圆心距离Λ的多项式模型,在Λ=5.24μm时,双折射的温度敏感系数为零。制作了5根不同Λ的PM-PCF样品,采用基于混合Sagnac干涉仪的测量技术分别测试了样品光纤双折射值随温度的变化,在Λ=5.16μm时,双折射的温度敏感系数为零,与仿真结果吻合。

关键词：光纤光学保偏光子晶体光纤双折射温度敏感系数

基于保偏光子晶体光纤的Sagnac干涉温度与应变传感特性

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光学学报 2023年第10期43卷 46-54页

作者：武彪刘云东陈海良陈强马明建燕山大学理学院河北秦皇岛066004 洛阳理工学院计算机与信息工程学院河南洛阳471000

提出一种基于Sagnac干涉原理的光纤传感器,并将其用于温度和应变的环境检测。实验中,选用乙醇溶液填充前后的保偏光子晶体光纤(PM-PCF)作为传感单元。首先,将未填充乙醇溶液的PM-PCF熔接到Sagnac干涉环路中,依靠PM-PCF基底材料的光热效... 详细信息

提出一种基于Sagnac干涉原理的光纤传感器,并将其用于温度和应变的环境检测。实验中,选用乙醇溶液填充前后的保偏光子晶体光纤(PM-PCF)作为传感单元。首先,将未填充乙醇溶液的PM-PCF熔接到Sagnac干涉环路中,依靠PM-PCF基底材料的光热效应和光弹性效应,分别在26~50℃温度范围内和0~900μɛ应变范围内,实现了−1.72 nm/℃的温度传感灵敏度和35.35 pm/μɛ的应变灵敏度。然后,利用氮气加压装置,将乙醇溶液填充到PM-PCF包层空气孔内。这是利用功能材料的外场调谐作用来增强Sagnac干涉仪的传感性能。填充乙醇溶液后,该传感器的温度灵敏度达到−2.66 nm/℃,约为原始PM-PCF温度灵敏度的1.55倍。所提出的用于温度和应变测量的Sagnac干涉传感器结构较为简单,具有良好的迟滞性,对提升光纤传感灵敏度具有一定的借鉴意义。

关键词：光纤光学 Sagnac干涉保偏光子晶体光纤温度传感应变传感

基于模间干涉的保偏光子晶体光纤弯曲传感特性研究

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中国激光 2015年第9期42卷 182-188页

作者：刘丰冯晓龙郭璇徐香燕山大学信息科学与工程学院河北秦皇岛066004 河北省特种光纤与光纤传感重点实验摩河北秦皇岛066004

提出了一种基于模间干涉原理的双空气孔保偏光子晶体光纤弯曲传感方法。采用有限差分光束传播法对保偏光子晶体光纤弯曲传输特性进行了仿真研究,给出了在弯曲调制时两个低阶偏振模干涉产生的双边瓣归一化光强与弯曲半径的关系,讨论了波... 详细信息

提出了一种基于模间干涉原理的双空气孔保偏光子晶体光纤弯曲传感方法。采用有限差分光束传播法对保偏光子晶体光纤弯曲传输特性进行了仿真研究,给出了在弯曲调制时两个低阶偏振模干涉产生的双边瓣归一化光强与弯曲半径的关系,讨论了波长变化对弯曲传感灵敏度的影响,并对所设计的弯曲传感器进行了实验研究。研究结果表明：基于模间干涉技术的双空气孔光子晶体保偏光纤弯曲传感器在10~30 mm的弯曲半径范围内具有良好的线性度和检测精度。

关键词：光纤光学模间干涉保偏光子晶体光纤弯曲传感干涉输出边瓣

基于保偏光子晶体光纤的长尾式光纤环镜角度传感器

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东北大学学报（自然科学版） 2016年第2期37卷 161-164页

作者：吴迪赵勇东北大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110819 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

针对扭转角度的精确测量问题,提出一种基于保偏光子晶体光纤的长尾式光纤环镜角度传感器.采用对温度不敏感的保偏光子晶体光纤作为扭转角度的传感单元,当保偏光子晶体光纤被旋转一定角度时,其双折射值会发生改变,进而影响光在环镜系统... 详细信息

针对扭转角度的精确测量问题,提出一种基于保偏光子晶体光纤的长尾式光纤环镜角度传感器.采用对温度不敏感的保偏光子晶体光纤作为扭转角度的传感单元,当保偏光子晶体光纤被旋转一定角度时,其双折射值会发生改变,进而影响光在环镜系统内的干涉情况,最终表现为光谱仪上干涉谱的移动.理论推导出系统的传感规律后,实验测得该传感器在扭转角度为0°~101°的范围内,灵敏度为0.061 7 nm/（°）;若光谱仪分辨率为0.01 nm,则系统最小分辨力为0.16°,并具有超低的温度灵敏度-0.6 pm/℃.该角度传感器具有体积小、成本低、对温度不敏感及可用于远距离传输等优点.

关键词：保偏光子晶体光纤长尾式光纤环镜角度传感器高灵敏度温度不敏感

基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术

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红外与激光工程 2016年第8期45卷 7-12页

作者：杨远洪刘硕陆林靳伟北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 香港理工大学电机工程系香港999077

分析和仿真了含两段保偏光纤的光纤Sagnac干涉仪输出光谱特性,获得消除两段双折射光纤交叉敏感的条件。提出了一种基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术。采用实心保偏光子晶体光纤作为传感光纤,搭建了基于双段保... 详细信息

分析和仿真了含两段保偏光纤的光纤Sagnac干涉仪输出光谱特性,获得消除两段双折射光纤交叉敏感的条件。提出了一种基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术。采用实心保偏光子晶体光纤作为传感光纤,搭建了基于双段保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的侧向压力传感系统,分别进行侧向压力测试及温度影响实验。实验结果表明,侧向压力灵敏度可以达到的0.287 7 nm/N,同时由温度变化引起的漂移量小于0.1 pm/℃。

关键词： Sagnac干涉仪压力传感保偏光纤保偏光子晶体光纤温度

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保偏光子晶体光纤环镜传感技术研究

保偏光子晶体光纤环镜传感技术研究

作者：朱永亮东北大学

学位级别：硕士

保偏光子晶体光纤(HiBi-PCF)是由带气孔的微结构包层和纯二氧化硅的纤芯组成,和传统的光纤相比,其具有很多独特的性能,例如无截止单模、不同寻常的色度色散、极好的非线性效应以及优良的双折射效应。其中双折射效应可以用来制作干涉型... 详细信息

保偏光子晶体光纤(HiBi-PCF)是由带气孔的微结构包层和纯二氧化硅的纤芯组成,和传统的光纤相比,其具有很多独特的性能,例如无截止单模、不同寻常的色度色散、极好的非线性效应以及优良的双折射效应。其中双折射效应可以用来制作干涉型传感器。光纤环镜由于其结构简单,体积较小,灵敏度高,一直是近几年来被广泛研究的传感结构。这种结构的优越性越来越突出,基于此结构的传感器也越来越多,但瑕疵依然存在,即单纯的光纤环镜的输出结果受挤压、弯曲、以及扭转等外界情况影响非常严重,甚至会导致输入的结果不正确,所以这种结构实用性还远远不足。由于长尾式光纤环镜能够将传感器件以探头的形式伸出来,故既保证了该结构的嵌入式使用,又保证了在测量过程中光纤环镜的稳定减少扰动,成为实际中能够实现的传感单元。本论文对于以上两个部分进行有机融合。为探寻二者相结合的优势,分别设计研究了基于长尾式保偏光子晶体光纤的光纤环镜位移传感器和角度传感器。针对以上问题,论文完成了以下四部分内容的工作：首先,论文给出了国内外保偏光子晶体光纤和传统光纤环镜传感的研究现状,归纳总结了其相结合的传感应用研究,为位移传感器和角度传感器的设计研究提供参考;其次,给出了保偏光子晶体光纤的偏振特性,并介绍了光纤环镜的理论分析工具——琼斯矩阵,并分别给出光纤环镜和长尾式光纤环镜的结构和理论分析基础,为位移传感器和角度传感器的理论分析提供依据,并且还描述了有限元以及Mathematica在本设计中的应用;然后是论文中理论分析的核心部分。该部分以琼斯矩阵作为分析基础,利用Mathematica以及Matlab工具详细具体的对两种传感器的理论进行了推导,并且分析了仿真结果。对于位移传感器,一般通过干涉光谱的移动解调就可以得到较高的分辨力;而对角度传感器来说,有两种解调方式,分别是基于干涉光谱的移动以及基于干涉能量的改变,它们各有利弊;论文的最后,搭建了基于保偏光子晶体光纤的长尾式光纤环镜角度传感器的实验系统。这里阐述了实验系统的组成和部分器件的制作以及实验步骤,并且对采集到的光谱仪上的数据进行滤波、处理、整合,最后从光谱干涉和能量干涉两个角度解调得到传感器的分辨力标准,并对两种解调方式进行了对比。将保偏光子晶体光纤和长尾式光纤环镜结合起来,搭配合理。传统的传感器件很难达到微米的数量级别,技术能够达到,在体积以及灵敏度上也饱受约束。而结合了光纤环镜和保偏光子晶体光纤可以通过双折射参量来达到这个测量级别,而且体积小,不受温度影响,是未来精密传感器研究与发展的方向。

关键词：保偏光子晶体光纤长尾式光纤环镜角度传感器位移传感器

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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保偏光子晶体光纤的理论与实验研究

保偏光子晶体光纤的理论与实验研究

作者：薛晓敏中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)

学位级别：硕士

本文首先给出了光子晶体和光子晶体光纤的概念，介绍了光子晶体光纤不同于普通阶跃光纤的特性;与传统的保偏光纤相比，保偏光子晶体光纤具有很多优越的性质;论述了保偏光子晶体光纤和多组分玻璃光子晶体光纤的研究进展;介绍了光子晶体... 详细信息

本文首先给出了光子晶体和光子晶体光纤的概念，介绍了光子晶体光纤不同于普通阶跃光纤的特性;与传统的保偏光纤相比，保偏光子晶体光纤具有很多优越的性质;论述了保偏光子晶体光纤和多组分玻璃光子晶体光纤的研究进展;介绍了光子晶体光纤常用的五种理论分析方法，并重点介绍了本论文采用的有限元法;提出、设计并拉制了一种以多组分玻璃为基质材料的双大孔保偏光子晶体光纤;并对其主要参数进行了测试;最后提出了矩形孔保偏光子晶体光纤。研究内容包括： 1.制备了一种多组分玻璃，以其作为基质材料，利用有限元法设计了双大孔结构的保偏光子晶体光纤，并研究了其双折射和色散等特性，得到了双折射随孔间距、大小孔直径之比以及孔径与孔间距之比的变化关系，计算了所设计光纤的材料色散、波导色散及总色散，并由此得到零色散点所在的波长。 2.采用毛细管堆积法拉制出所设计的双大孔保偏光子晶体光纤;用显微镜和扫描电镜观察发现当小空气孔直径为0.6μm时，光纤的微结构保持良好。 3.测试了所拉制光纤的相关参数，包括光纤端面、折射率分布、单模特性、拍长、偏振模色散、群相位延迟、偏振相关损耗、偏振消光比等;分析了光纤拍长的测试值与理论计算值之间偏差的原因。 4.提出了矩形孔结构的高双折射光子晶体光纤，采用有限元法分析了其双折射和限制损耗特性，并提出一种改进的毛细管堆积法来制作这种光纤。

关键词：保偏光子晶体光纤色散光纤拉制测试矩形孔光子晶体光纤