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光子带隙光纤背向散射次波建模及实验验证

光学精密工程 2024年第6期32卷 765-773页

作者：王晓阳滕飞徐小斌王琪伟周晓娜田亚男马官营李勇北京控制工程研究所北京100190 空间智能控制技术重点实验室北京100190 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

光子带隙光纤有着独特的结构形式、传输介质和导光机制,这使其具有传统光纤无法比拟的优点,是未来光纤陀螺的理想选择。但光子带隙光纤粗糙的纤芯内壁导致其产生强烈的背向散射次波,会使光子带隙光纤陀螺产生额外的非互易误差。为了定... 详细信息

光子带隙光纤有着独特的结构形式、传输介质和导光机制,这使其具有传统光纤无法比拟的优点,是未来光纤陀螺的理想选择。但光子带隙光纤粗糙的纤芯内壁导致其产生强烈的背向散射次波,会使光子带隙光纤陀螺产生额外的非互易误差。为了定量分析光子带隙光纤背向散射次波强度大小,论文基于电偶极子辐射理论建立了一种简单的光子带隙光纤背向散射次波理论模型。通过聚焦离子束微纳加工法和原子力显微镜测量得到了准确的纤芯内壁表面形貌功率谱密度,进而计算得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数理论值为2.61×10^(-9)/mm。通过光频域背向反射散射仪得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数测量值为~1.82×10^(-9)/mm,初步验证了背向散射次波模型的正确性,为背向散射次波抑制技术研究奠定了基础。

关键词：光子带隙光纤背向散射次波功率谱密度

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空芯光子带隙光纤色散特性的实验研究

物理学报 2016年第19期65卷 150-157页

作者：王鑫娄淑琴廉正刚 Eric Numkam Fokoua 北京交通大学电子信息工程学院北京100044 武汉长盈通光电技术有限公司武汉430074 英国南安普顿大学光电研究中心

针对空芯光子带隙光纤宽带宽、高效率、高精度的色散测量需求,本文基于干涉法,提出一种适用于测量空芯光子带隙光纤宽带色散的相位提取方法,建立了基于Mach-Zehnder干涉仪的色散测量系统,开展了空芯光子带隙光纤(HC-PBGF)色散特性的实... 详细信息

针对空芯光子带隙光纤宽带宽、高效率、高精度的色散测量需求,本文基于干涉法,提出一种适用于测量空芯光子带隙光纤宽带色散的相位提取方法,建立了基于Mach-Zehnder干涉仪的色散测量系统,开展了空芯光子带隙光纤(HC-PBGF)色散特性的实验研究,重点对研制的19 cell HC-PBGF的色散特性进行了系统的实验研究.实际测量得到19 cell HC-PBGF在1400—1630 nm带宽范围内的基模色散曲线,开展了HC-PBGF的高阶模色散测量研究,测量得到了19 cell HC-PBGF四条高阶模色散曲线.实验测量结果与理论仿真结果吻合,研究成果为深入探究空芯光子带隙光纤的色散特性,推进其在高功率激光脉冲传输、大容量数据通信、光纤非线性等领域的应用具有重要意义.

关键词：光子带隙光纤空芯色散

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空芯光子带隙光纤的损耗特性

红外与激光工程 2019年第S2期48卷 109-114页

作者：王鑫娄淑琴邢震北京交通大学电子信息工程学院

降低光纤损耗是当前空芯光子带隙光纤的研究重点。以19芯空芯光子带隙光纤为例,采用有限元方法,从光纤结构设计角度出发,系统地研究了光纤结构参数与光纤损耗之间的关联性。研究结果表明,增大包层空气孔层数、包层空气孔占空比以及包层... 详细信息

降低光纤损耗是当前空芯光子带隙光纤的研究重点。以19芯空芯光子带隙光纤为例,采用有限元方法,从光纤结构设计角度出发,系统地研究了光纤结构参数与光纤损耗之间的关联性。研究结果表明,增大包层空气孔层数、包层空气孔占空比以及包层空气孔的倒圆角直径可以有效降低光纤的限制损耗(降低到10-4 dB/km以下);而表面散射损耗的大小取决于芯模和表面模之间的耦合,纤芯壁厚增加以及纤芯扩张系数增大都会导致芯模与表面模的耦合增强,增大光纤表面散射损耗,并且由于表面模的出现也会导致光纤的传输带宽变窄。受光纤结构的限制,19芯空芯光子带隙光纤的光纤损耗难以降到1 dB/km以下,进一步降低光纤损耗,只能通过去掉更多的空气孔,形成更大的空芯结构。研究结果为优化空芯光子带隙光纤结构、降低损耗提供了理论依据和指导。

关键词：光子带隙光纤空芯损耗

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谐振式光子带隙光纤陀螺一体化方案(英文)

强激光与粒子束 2015年第2期27卷 91-96页

作者：冯丽爽任小元王爱民王俊杰郅银周北京航空航天大学惯性科学技术实验室北京100191 北京大学先进光通信与计算机科学国家重点实验室北京100191 北京航空航天大学光机电一体化教育部重点实验室北京100191

实现了使用光子带隙光纤的一体化谐振式光纤陀螺方案,设计并制作了谐振腔中基于微光学结构的耦合器。实验测得制作的谐振腔清晰度为3.7。搭建了基于该谐振腔的陀螺系统,并对其主、次偏振态的谐振曲线进行了实际测量。实验结果测得该系统... 详细信息

实现了使用光子带隙光纤的一体化谐振式光纤陀螺方案,设计并制作了谐振腔中基于微光学结构的耦合器。实验测得制作的谐振腔清晰度为3.7。搭建了基于该谐振腔的陀螺系统,并对其主、次偏振态的谐振曲线进行了实际测量。实验结果测得该系统60s零漂为2.45(°)/s,及1h长期稳定性为7.11(°)/s。同时,实现了对应陀螺输出±50(°)/s(积分时间10s)及±100(°)/s(积分时间10s)的模拟转速实验,验证了该陀螺系统的Sagnac效应。分析得到耦合损耗是影响该陀螺系统性能的主要因素。验证了该谐振腔结构具有应用于陀螺系统的可行性,为谐振式光纤陀螺性能进一步提高提供了参考。

关键词：光纤传感器陀螺仪光子带隙光纤谐振腔

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空芯光子带隙光纤成栅机理及特性研究

光学学报 2013年第10期33卷 56-61页

作者：齐跃峰周丽英毕卫红王伟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室河北秦皇岛066004

利用有限元法和局域耦合模理论对空芯光子带隙光纤成栅机理进行了分析。建立了空芯光子带隙光纤包层空气孔塌缩模型,分析计算了纤芯基模(LP01)和一阶包层模(LP11)在塌缩区域内有效折射率分布和耦合系数分布,得到了LP01和LP11耦合的传输... 详细信息

利用有限元法和局域耦合模理论对空芯光子带隙光纤成栅机理进行了分析。建立了空芯光子带隙光纤包层空气孔塌缩模型,分析计算了纤芯基模(LP01)和一阶包层模(LP11)在塌缩区域内有效折射率分布和耦合系数分布,得到了LP01和LP11耦合的传输谱。在此基础上研究了光纤结构参数(空气孔直径和孔间距)、光栅参数(光栅周期和周期个数)、塌缩程度和塌缩方式对谐振波长的影响。研究结果表明,随着空气孔直径的增大、孔间距的减小、光栅周期的增大和塌缩程度的减小,其谐振波长向短波方向发生漂移;随着周期个数的增大,其谐振波长未发生明显漂移;此外,与圆对称塌缩相比,非对称塌缩谐振波长向短波方向移动。

关键词：光纤光学长周期光纤光栅光子带隙光纤局域耦合模理论

基于C-lens的光子带隙光纤准直器传输特性

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北京航空航天大学学报 2017年第8期43卷 1517-1522页

作者：李彦赵远徐小斌蔡伟北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100083

研究了一种基于C-lens的光子带隙光纤准直器,由于光子带隙光纤准直器光纤端面没有反射,相比普通光纤准直器,其传输矩阵将发生变化。从高斯光束单透镜成像的一般模型出发,利用矩阵光学,在子午面和弧矢面推导了光线传输矩阵。结合实际应... 详细信息

研究了一种基于C-lens的光子带隙光纤准直器,由于光子带隙光纤准直器光纤端面没有反射,相比普通光纤准直器,其传输矩阵将发生变化。从高斯光束单透镜成像的一般模型出发,利用矩阵光学,在子午面和弧矢面推导了光线传输矩阵。结合实际应用中光子带隙光纤及C-lens透镜的参数,仿真分析了尾纤与C-lens透镜之间的间距及C-lens透镜的参数对工作距离和束腰直径大小的影响,理论得到了新模型下,光子带隙光纤准直器的出射光斑在子午面和弧矢面束腰直径和工作距离近似重合,相比普通光纤出射光斑的椭圆化程度小。研究结果对进行光子带隙光纤准直器及基于光纤准直器的光学器件设计与制作具有指导意义。

关键词：光子带隙光纤束腰直径工作距离光纤准直器 C-lens

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单偏振双芯光子带隙光纤定向耦合器

中国激光 2016年第9期43卷 210-216页

作者：李绪友许振龙凌卫伟刘攀夏琳琳杨汉瑞哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001 东北电力大学自动化工程学院吉林吉林132012

提出了一种基于双芯光子带隙光纤(PBF)的单偏振(SP)定向耦合器,利用全矢量有限元方法(FEM)对其耦合特性进行了研究。结果表明:通过适当调整纤芯间微孔的大小及掺杂折射率可在耦合器获得SP特性;而纤芯间微孔椭圆率的变化并不会对其SP特... 详细信息

提出了一种基于双芯光子带隙光纤(PBF)的单偏振(SP)定向耦合器,利用全矢量有限元方法(FEM)对其耦合特性进行了研究。结果表明:通过适当调整纤芯间微孔的大小及掺杂折射率可在耦合器获得SP特性;而纤芯间微孔椭圆率的变化并不会对其SP特性造成干扰,耦合器具有较高的结构参数容错性;通过优化参数,最终获得了一种长度仅为0.403mm的SP定向耦合器。该耦合器在全保偏PBF(PM-PBF)谐振腔应用中,能同时起到分束器及起偏器的作用,可以破坏次本征偏振态(ESOP)的谐振条件,有效抑制次ESOP的传输。这种具有较短长度的SP定向耦合器模场可与之前提出的PM-PBF的模场相匹配,有利于搭建起全PM-PBF谐振腔,这对抑制谐振式光纤陀螺(RFOG)热致偏振串扰噪声、提高RFOG的长期稳定性具有重要意义。

关键词：光纤光学光子带隙光纤单偏振定向耦合器谐振式光纤陀螺热致偏振串扰

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独立反谐振纤芯低损耗光子带隙光纤

中国激光 2022年第19期49卷 168-174页

作者：高福宇徐小斌宋凝芳李伟朱云浩刘嘉琪梁田田北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 锐光信通科技有限公司湖北武汉430074

光子带隙光纤具有弯曲损耗小、对环境变化不敏感等优点,是极端应用条件下高稳定光纤陀螺的理想光纤。但光子带隙光纤的传输损耗大,缺乏适用于光纤陀螺的低损耗、小模场光子带隙光纤。提出了独立反谐振纤芯光纤构型,将纤芯与包层进行空... 详细信息

光子带隙光纤具有弯曲损耗小、对环境变化不敏感等优点,是极端应用条件下高稳定光纤陀螺的理想光纤。但光子带隙光纤的传输损耗大,缺乏适用于光纤陀螺的低损耗、小模场光子带隙光纤。提出了独立反谐振纤芯光纤构型,将纤芯与包层进行空间隔离,利用纤芯壁反谐振效应抑制基模与表面模的耦合,利用反谐振与光子带隙双重效应将光限制在纤芯中传输,从而实现了光子带隙光纤小模场、低损耗的特性。理论分析结果表明,所提出的光纤构型可将模场直径为~8μm的光子带隙光纤的损耗降低至光纤基本复现了设计结构,但占空比与设计值存在偏差,导致带隙偏移,实验测得所制备光纤的最小损耗为~25 dB/km@1200 nm。

关键词：光纤光学光纤设计光子带隙光纤低损耗小模场直径

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光子带隙光纤中纤芯环掺杂对传输特性的影响

激光技术 2011年第6期35卷 817-819页

作者：张敏刘敏孙世红马玲芳贺冯良重庆大学通信工程学院重庆400044

为了研究光子带隙光纤中纤芯环掺杂浓度的百分比对光纤传输特性的影响,利用全矢量有限元法在纤芯环掺杂浓度的百分比为1%～5%的条件下对7孔光子带隙光纤纤芯环掺杂和19孔光子带隙光纤纤芯环掺杂两种结构进行了仿真,比较了两种结构的纤... 详细信息

为了研究光子带隙光纤中纤芯环掺杂浓度的百分比对光纤传输特性的影响,利用全矢量有限元法在纤芯环掺杂浓度的百分比为1%～5%的条件下对7孔光子带隙光纤纤芯环掺杂和19孔光子带隙光纤纤芯环掺杂两种结构进行了仿真,比较了两种结构的纤芯模能量分布曲线,并且给出了19孔光子带隙光纤在不同的纤芯环掺杂浓度的百分比下,光纤带宽、色散、有效模面积和有效折射率的分布曲线图。结果表明,19孔光子带隙光纤比7孔光子带隙光纤具有更强的限光能力,且纤芯环掺杂浓度的百分比对光子带隙光纤的传输性能有显著的影响。

关键词：光纤光学纤芯环掺杂全矢量有限元法光子带隙光纤表面模