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外加直流电场对光折变晶体中双波混频增益系数的提升作用

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光电子．激光 2021年第6期32卷 573-580页

作者：赵琰陶传义江旭海肖建军王豪重庆理工大学物理与能源系重庆400054

大多数氧化物光折变晶体研究都没有考虑外加直流电场的影响。通过Kukhtarev材料方程得出施加直流电场时光折变晶体双波混频空间电荷场的材料方程,对比研究无外加电场和施加电场的情况下,归一化空间电荷场随归一化输入光强、归一化扩散... 详细信息

大多数氧化物光折变晶体研究都没有考虑外加直流电场的影响。通过Kukhtarev材料方程得出施加直流电场时光折变晶体双波混频空间电荷场的材料方程,对比研究无外加电场和施加电场的情况下,归一化空间电荷场随归一化输入光强、归一化扩散场、中性施主与受主陷阱浓度比以及归一化外加直流电场的变化趋势;分析外加直流电场对增益系数的提升作用及其影响因素。结果表明:归一化扩散场较低时,施加直流电场可显著提升空间电荷场,有外加直流电场的空间电荷场明显高于无外加直流电场的空间电荷场。但是在归一化扩散场较高时,这种现象则不明显,此时空间电荷场受施加直流电场的影响较小;另外,当施加直流电场时,增益系数增加更多,并且在20-27 dBm/cm^(2)的最佳光强范围内达到饱和值。同时,最佳入射光强对应的峰值增益随着外加直流电场的增加而增大。所得结果可为光折变晶体双波混频的实际应用提供理论指导。

关键词：光折变晶体空间电荷场增益系数直流电场双波混频

外加直流场下光折变半导体InP∶Fe的双波混频增益特性

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光学学报 2021年第12期41卷 187-194页

作者：江旭海陶传义赵琰肖建军成俊桦张婧重庆理工大学理学院绿色能源材料技术与系统重庆市重点实验室重庆400054

提出以单缺陷双边带非线性载流子输运方程描述InP∶Fe中光折变动态光栅的写入过程,通过微扰法将非线性方程线性化,从而求得小调制干涉图样下空间电荷场的稳态解,并用耦合波方程建立空间电荷场与增益系数的关系。研究温度、泵浦光强、外... 详细信息

提出以单缺陷双边带非线性载流子输运方程描述InP∶Fe中光折变动态光栅的写入过程,通过微扰法将非线性方程线性化,从而求得小调制干涉图样下空间电荷场的稳态解,并用耦合波方程建立空间电荷场与增益系数的关系。研究温度、泵浦光强、外加直流电场和入射角对增益系数的影响。结果表明,增益系数存在温度-光强共振,最佳泵浦光强强烈依赖于晶体工作温度;施加直流电场对增益系数有明显提升作用,在10 kV·cm^(-1)范围内增益随外加直流电场增加而线性增加;并且,在温度-光强共振条件下存在最佳入射角。在室温为298 K和外加电场为5 kV·cm^(-1)时,最佳泵浦光强为218 mW·cm^(-2),最佳入射角为5°。通过InP∶Fe双波混频实验研究泵浦光强、外加直流电场和入射角对增益系数的影响,实验结果表明,增益系数变化规律与理论预测一致,验证了单缺陷双边带模型的合理性,该研究为Ⅲ-Ⅴ族半导体光折变晶体的双波混频研究提供重要的参考价值。

关键词：非线性光学光折变材料双波混频空间电荷场增益外加电场磷化铟

基于双波混频干涉解调的光纤环形激光应变传感系统

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光学学报 2021年第13期41卷 170-178页

作者：江旭海陶传义肖建军赵琰王豪王威重庆理工大学理学院绿色能源材料技术与系统重庆市重点实验室重庆400054

本文提出一种基于半导体光放大器(SOA)光纤环形激光器的智能光纤动态应变传感系统,并采用自适应光折变双波混频技术对其进行解调,解调过程中无需对准静态应变和温度进行任何主动补偿。当FBG(Fiber Bragg Grating)传感器的反射光谱因动... 详细信息

本文提出一种基于半导体光放大器(SOA)光纤环形激光器的智能光纤动态应变传感系统,并采用自适应光折变双波混频技术对其进行解调,解调过程中无需对准静态应变和温度进行任何主动补偿。当FBG(Fiber Bragg Grating)传感器的反射光谱因动态应变而发生改变时,则激光输出的波长会相应移动,随后转换为相应的相移并由InP\:Fe光折变晶体双波混频干涉仪解调。实验结果表明,该传感系统能够测量50~464 kHz之间的动态应变且灵敏度高于0.5μεHz-1(ε为应变)。在InP\:Fe光折变晶体中同时对三个FBG传感器的动态应变进行解调,实验证实双波混频干涉仪的多路复用是切实可行的。

关键词：光纤光学光纤环形激光器光纤布拉格光栅应变光折变晶体双波混频波长解调

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光频率调制法测量动态光栅瞬态反射谱特性

物理学报 2012年第17期61卷 285-291页

作者：徐攀胡正良马明祥姜暖胡永明国防科技大学光电科学与工程学院长沙410073

动态光栅的瞬态特性影响了单纵模掺铒光纤激光器的稳定性.提出一种利用铒离子瞬态效应,通过对写入光施加快速频率调制测量动态光栅瞬态反射谱的新方法.测量了线性结构动态光栅的瞬态反射谱,研究了注入光功率与端面反射率对动态光栅响应... 详细信息

动态光栅的瞬态特性影响了单纵模掺铒光纤激光器的稳定性.提出一种利用铒离子瞬态效应,通过对写入光施加快速频率调制测量动态光栅瞬态反射谱的新方法.测量了线性结构动态光栅的瞬态反射谱,研究了注入光功率与端面反射率对动态光栅响应特性的影响.结果表明,3 m长的掺铒光纤形成的动态光栅半带宽为30 MHz,与稳态理论值符合较好.光栅瞬态反射率相对变化随注入光功率增加和端面反射率增加而减小,在小注入功率或低端面反射率时,最大的反射率相对变化值约为4%.光栅建立时间随注入光功率增加而减小,当注入光功率大于4倍饱和功率时,建立时间小于1 ms.使用双波混频过程可解释这一实验规律.

关键词：动态光栅双波混频光纤激光器跳模

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用光致折射晶体做两波混频时的图像放大效应

光机情报 1991年第7期8卷 14-17页

作者：王炜任延同

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基于掺铒光纤中动态粒子数光栅的振动检测

光学学报 2018年第9期38卷 64-69页

作者：陈溶陶传义重庆理工大学理学院重庆400054

根据动态粒子数光栅形成机理,设计了一种线性双波混频结构的光纤系统。系统中,1490nm波长分布式反馈(DFB)激光器光源发出的连续激光,通过环形器进入一根3m长掺铒光纤作为注入光,被与掺铒光纤另一端光学耦合的压电振动镜反射后形成反射... 详细信息

根据动态粒子数光栅形成机理,设计了一种线性双波混频结构的光纤系统。系统中,1490nm波长分布式反馈(DFB)激光器光源发出的连续激光,通过环形器进入一根3m长掺铒光纤作为注入光,被与掺铒光纤另一端光学耦合的压电振动镜反射后形成反射光。掺铒光纤中注入光与后向传播的反射光干涉形成驻波场,通过空间烧孔效应沿光纤纵向形成动态粒子数光栅。压电振动镜对反射光波进行相位调制时,环形器反射端口输出的双波混频(TWM)信号可视作输出光波的强度调制。实验中通过此双波混频系统对压电换能器产生的机械振动进行检测,结果表明:光纤双波混频检测系统具有良好的动态响应特性,能够测量50Hz^10kHz的振动信号,采集到的输出信号频率与压电驱动信号频率很好地吻合。

关键词：光纤光学掺铒光纤动态光栅双波混频振动检测

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用于振动监测的高精度光纤传感系统

用于振动监测的高精度光纤传感系统

作者：陈溶重庆理工大学

学位级别：硕士

大型基础设施如桥梁、大坝等给我们生活带来诸多利益,然而由于高速发展带来的环境污染,材料以及长期服役等因素,部分结构存在一定的安全隐患,这就需要采取一些措施对其结构的健康状况进行精确评估,防患于未然。其中对来自结构服役过程... 详细信息

大型基础设施如桥梁、大坝等给我们生活带来诸多利益,然而由于高速发展带来的环境污染,材料以及长期服役等因素,部分结构存在一定的安全隐患,这就需要采取一些措施对其结构的健康状况进行精确评估,防患于未然。其中对来自结构服役过程中产生的振动信号的监测是分析许多与结构损伤相关研究的重要工具之一。描述振动信号的三个主要参数为幅度、频率和相位,其中对振动信号的频率进行分析是结构健康监测中常用的方法之一。目前基于电磁、压电类的振动监测传感器已经比较成熟,然而普遍的缺点是结构复杂、抗干扰能力低以及造价昂贵等。于是能克服这些缺点的光纤开始受到传感领域的重视,并且具有测量精度高、抗电磁干扰能力强以及可在线远距离监测等优点。目前针对振动分析主要采用光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器,FBG传感器属于波长编码类,直接的波长解调成本高,并且解调系统复杂不易于集成。针对这类传感器,开发出低成本、易于集成的全光纤探测系统仍是国内外研究的热点。基于以上背景,设计了两类全光纤探测系统,旨在将振动环境中光纤Bragg光栅的波长偏移量转换为强度变化,使探测系统具备高精度、快速,低成本的优势。主要内容包括以下工作:(1)分析并总结了国内外光纤振动传感器研究背景与动态,介绍了基于光纤结构的振动传感器的研究现状与意义,从而得出本课题的研究内容和方向。我们提出基于掺铒光纤(Er-doped optic fiber,EDF)中双波混频(Two wave-mixing,TWM)写入动态粒子数光栅检测机械振动的方法。掺铒光纤中两列相向传输的相干光形成驻波场,沿光纤纵向写入动态粒子数光栅,粒子数光栅随着干涉场的建立和消失动态的写入与擦除。同时对稀土掺杂光纤中双波混频写入动态粒子数光栅的机理进行了理论推导和实验验证。实验结果表明,基于掺铒光纤中线性双波混频全光系统能运用于监测压电换能器产生的振动信号,频率响应范围为50 Hz到10 kHz,响应信号最小振幅为0.19μm,并且具有较好的“时域”和“频谱”响应。(2)简要分析了光纤光栅传感器的工作机理,简述了基于光纤光栅振动传感器解调技术的国内外现状。目前光纤光栅振动检测系统大多采用FBG作为传感元件,由于光纤光栅为波长编码类的传感器,直接的波长解调技术成本高,不利于工程应用,我们提出了基于饱和掺铒光纤中双波混频用于探测FBG传感器上的动态应变信号。传感部分我们选取基于半导体光放大器的环形激光器,利用FBG充当环形激光器的反射头,同时又作为传感部分,使用光学胶将其粘贴在压电换能器(Piezoelectric transducer,PZT)上。实验数据表明,该系统能响应频率范围为2 kHz到10 kHz的5με动态信号。为了进一步研究系统可探测范围,我们把FBG用光学胶粘贴在铝板上来探测超声波信号,TWM系统探测到的信号应变为3με,响应频率为33.75 kHz与PZT产生的振动频率一致。(3)基于动态粒子数光栅写入机理,通过系统输出的双波混频信号能够精确、快速检测到压电换能器产生的振动信号和Bragg光栅上施加的动态应变信号。然而解调系统可探测的频率范围有限。针对这一缺点,我们根据匹配滤波解调原理,设计了复用的基于半导体光放大器的环形激光传感系统,成功对传感器上的动态信号进行了探测。实验以双通道同步信号探测为例,系统能探测动态信号为3με,响应频率高达200 kHz。同时通将两个级联传感光栅分别放入两台超声清洗机,实现了同步超声波探测,探测的超声信号频率为33 kHz,应变为10με。

关键词：振动检测动态粒子数光栅双波混频环形激光器匹配滤波解调

Group Velocity Reduction of Light Pulses in Photorefractive Two-Wave Mixing

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Chinese Physics Letters 2003年第10期20卷 1725-1728页

作者：张国权董嵘许京军 PhotonlcsResearchCenter CollegeofPhysicMScienceNankaiUniversityTianjin300071 InstituteofAppliedPhysics TEDACollegeNankaiUniversityTianjin300457

We show theoretically that the group velocity of light pulses can be reduced significantly by use of the steep dispersion properties of the phase coupling effect in the photorefractive two-wave mixing process. The group velocity of light pulses of the order of 0.1m/s can be achieved in typical photorefractive BSO crystals with an appropriate externally applied electric field and moving gratings of appropriate speeds. It is also shown that the slowly propagating light pulses can be set to be amplified after passing through the photorefractive material.

关键词：群速率光脉冲光折射双波混频 BSO晶体

Unified　Form　of　Photorefractive　Coupling－wave　Equation　in　the　Undepleted　Pump　Approximate　and　the　Lossless　Solution

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Semiconductor Photonics and Technology 1996年第2期2卷 108-111页

作者： LIU Jinsong LIANG Changhong(Xidian University,Xi’an 710071,CHN)

ＵｎｉｆｉｅｄＦｏｒｍｏｆＰｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅＣｏｕｐｌｉｎｇ－ｗａｖｅＥｑｕａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＵｎｄｅｐｌｅｔｅｄＰｕｍｐＡｐｐｒｏｘｉｍａｔｅａｎｄｔｈｅＬｏｓｓｌｅｓｓＳｏｌｕｔｉｏｎＬＩＵＪｉｎｓ... 详细信息

ＵｎｉｆｉｅｄＦｏｒｍｏｆＰｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅＣｏｕｐｌｉｎｇ－ｗａｖｅＥｑｕａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＵｎｄｅｐｌｅｔｅｄＰｕｍｐＡｐｐｒｏｘｉｍａｔｅａｎｄｔｈｅＬｏｓｓｌｅｓｓＳｏｌｕｔｉｏｎＬＩＵＪｉｎｓｏｎｇ；ＬＩＡＮＧＣｈａｎｇｈｏｎ...

关键词：耦合波方程光反射照相效应双波混频四波混频未耗尽泵逼近无损耗溶解