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少模光纤熔接点模式耦合特性的改进空间光谱分辨成像分析

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光学学报 2024年

作者：陈潇黄善旻黄良金闫志平潘志勇姜宗福周朴国防科技大学前沿交叉学科学院国防科技大学南湖之光实验室国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室

光纤熔接是构建全光纤通信网络或光纤激光系统的基本处理工序，熔接点处的模式耦合是导致少模光纤中模间串扰或光束质量退化的主要原因之一。熔接设备热处理情况的差异显著影响光纤熔接的模式耦合特性，测试熔点处的模式退化有助于确定... 详细信息

光纤熔接是构建全光纤通信网络或光纤激光系统的基本处理工序，熔接点处的模式耦合是导致少模光纤中模间串扰或光束质量退化的主要原因之一。熔接设备热处理情况的差异显著影响光纤熔接的模式耦合特性，测试熔点处的模式退化有助于确定最佳熔接参数。基于改进的空间光谱分辨成像法，探究了熔接参数对不同类型光纤熔接点处模式耦合特性的影响，通过步进改变放电参数，量化分析了影响熔接点处模式耦合的关键指标。结果表明，小包层光纤熔接的模式耦合特性受放电持续时间的影响较大，高阶模激发含量与放电时间正相关；包层尺寸不同的光纤熔接时，角向模式耦合主要受到细光纤切割角度影响，而径向模式耦合受熔接参数影响较小；由于放电中心偏移和电极放电特性波动，包层尺寸不同的光纤熔接时热效应对熔点模式特性的影响具有随机性，包层尺寸差异越大熔接一致性越差；相反，大包层同尺寸光纤熔接对放电参数的变化不敏感，模式耦合特性在较大的放电参数范围内保持稳定。

关键词：少模光纤光纤熔接模式耦合电弧放电光纤激光

面向模分复用的少模光纤熔接失准容忍度分析方法

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光学学报 2024年第14期 55-64页

作者：刘峰黄自成顾天乐毛建龙温州大学电气与电子工程学院

提出基于拉盖尔-高斯模的少模光纤熔接失准容忍度分析理论模型，剖析不同少模光纤归一化截止频率和纤芯半径参数熔接条件下，熔接点处空间模式耦合效率对横向偏移、旋转角度等熔接参数的容忍度变化规律，并以六模光纤(可支持LP01、LP11a... 详细信息

提出基于拉盖尔-高斯模的少模光纤熔接失准容忍度分析理论模型，剖析不同少模光纤归一化截止频率和纤芯半径参数熔接条件下，熔接点处空间模式耦合效率对横向偏移、旋转角度等熔接参数的容忍度变化规律，并以六模光纤(可支持LP01、LP11a、LP11b、LP21a、LP21b和LP02模式)熔接为例进行分析。数值分析结果表明，在不同光纤参数归一化截止频率V和纤芯半径a条件下，不同空间模式之间的耦合效率对熔接横向偏移量d和角度失配θ的容忍度呈现不同的分布规律。发送与接收少模光纤的V值相差越大，LP01自耦合效率对熔接横向偏移量的容忍度越低，而不同纤芯半径a下熔接偏移量对自耦合效率的影响较光纤V的影响更显著等。因此，针对不同参数少模光纤熔接，需要严格控制熔接的横向偏移和角度失配，以达到理想的空间模式熔接耦合效率。该理论模型为评估少模光纤熔接质量及熔接参数匹配设计与优化提供了理论依据。

关键词：光通信模分复用少模光纤光纤熔接耦合效率容忍度

海洋湍流中部分相干艾里光-少模光纤耦合效率

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激光与光电子学进展 2024年第13期 172-179页

作者：雷思琛张荣荣吴鹏飞谭振坤王姣西安理工大学自动化与信息工程学院西安市无线光通信与网络研究重点实验室西安工业大学光电工程学院陕西科技大学电子信息与人工智能学院

部分相干艾里光束的自聚焦特性可有效抑制海洋湍流对空间光与光纤耦合性能造成负面影响。根据广义Huygens-Fresnel原理和部分相干光交叉谱密度函数，推导海洋湍流中部分相干艾里光束-少模（四模）光纤耦合效率的解析解。通过数值仿真分... 详细信息

部分相干艾里光束的自聚焦特性可有效抑制海洋湍流对空间光与光纤耦合性能造成负面影响。根据广义Huygens-Fresnel原理和部分相干光交叉谱密度函数，推导海洋湍流中部分相干艾里光束-少模（四模）光纤耦合效率的解析解。通过数值仿真分析光源参数、耦合参数，以及海洋湍流强度对耦合效率的影响。结果表明：耦合效率随着光源波长的增大、初始半径的增大、截断因子的增大，以及相干长度的减小而逐渐减小，随海洋湍流的增强逐渐减小；并在不同传输距离下，给出了最佳耦合参数，使得部分相干艾里光束与四模光纤的耦合达到最佳效果。

关键词：海洋湍流部分相干艾里光束少模光纤耦合效率

基于拉锥少模光纤长周期光栅的高灵敏度传感器

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中国激光 2024年

作者：魏鹏马跃辉陈思宇凡晓龙刘云启上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室

少模光纤器件可以充分利用多个空间模式实现多参数的测量，具有精度高和检测效率高的优势，被广泛应用于光纤通信和光纤传感领域。本文通过仿真和实验对拉锥少模光纤长周期光栅进行了研究，在不同锥腰直径的拉锥少模光纤上制备了长周期... 详细信息

少模光纤器件可以充分利用多个空间模式实现多参数的测量，具有精度高和检测效率高的优势，被广泛应用于光纤通信和光纤传感领域。本文通过仿真和实验对拉锥少模光纤长周期光栅进行了研究，在不同锥腰直径的拉锥少模光纤上制备了长周期光纤光栅，实验研究了不同锥腰直径的长周期光栅的模式耦合、偏振相关损耗、温度、折射率和扭转特性。实验发现，随着锥腰直径减小，纤芯模式的扭转灵敏度有所提升，包层模式的折射率灵敏度和扭转灵敏度显著提升，最高灵敏度分别可以达到12166.7 nm/RIU和0.7 nm/(rad/m)。拉锥少模光纤长周期光栅可以作为高灵敏度折射率传感器和扭转传感器应用于光纤传感领域。

关键词：少模光纤长周期光纤光栅纤芯模包层模折射率传感器扭转传感器

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具有下陷纤芯与沟槽辅助包层结构的少模光纤

光电技术应用 2024年第2期39卷 31-36,50页

作者：方朋刘思晴李学鹏丁非凡田晓哲北京交通大学电子信息工程学院通信与信息系统北京市重点实验室北京

为了降低模间串扰,提高抗弯曲性能,提出了一种具有下陷纤芯与沟槽辅助包层结构的少模光纤。该光纤在1.36~1.56μm波长范围内可支持7个LP模式的传输。包层中沟槽的引入使得各阶模式弯曲损耗在弯曲半径1cm时均小于1×10^(-7)dB/m,模式间... 详细信息

为了降低模间串扰,提高抗弯曲性能,提出了一种具有下陷纤芯与沟槽辅助包层结构的少模光纤。该光纤在1.36~1.56μm波长范围内可支持7个LP模式的传输。包层中沟槽的引入使得各阶模式弯曲损耗在弯曲半径1cm时均小于1×10^(-7)dB/m,模式间有效折射率差均高于10^(-3)。基于有限元法分析了下陷纤芯和沟槽的结构参数对模式有效折射率和模场面积和弯曲特性的影响,重点分析了包层沟槽对弯曲性能的改善作用。研究表明,沟槽有利于降低高阶模式的弯曲损耗。

关键词：少模光纤沟槽弯曲损耗

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少模液芯光子晶体光纤中飞秒脉冲的演化研究

红外 2024年第4期45卷 13-24页

作者：于慧敏文进王倩武政委张辉张颖潘雨西安石油大学理学院陕西西安710065 陕西省油气资源光纤探测工程技术研究中心陕西西安710065 陕西省油气井测控技术重点实验室陕西西安710065

本文旨在研究少模光纤中飞秒脉冲的传输与演化特性。提出了一种高非线性少模甲苯液芯光子晶体光纤(Toluene Liquid-Core Photonic Crystal Fiber,TLC-PCF)。泵浦波长处的非线性系数约为42 W^(-1)·km^(-1)。采用多模广义非线性薛定谔方... 详细信息

本文旨在研究少模光纤中飞秒脉冲的传输与演化特性。提出了一种高非线性少模甲苯液芯光子晶体光纤(Toluene Liquid-Core Photonic Crystal Fiber,TLC-PCF)。泵浦波长处的非线性系数约为42 W^(-1)·km^(-1)。采用多模广义非线性薛定谔方程(Multimode Generalized Nonlinear Schr9dinger Equation,MM-GNLSE)对飞秒脉冲的传输与演化进行了建模和求解。对比了不同峰值功率(1 kW、10 kW、50 kW)的能量转移特性。当中心波长为2000 nm、峰值功率为50 kW、脉宽为200 fs的高斯脉冲在30 cm长的TLC-PCF中传输时,得到1980~2500 nm的超连续谱输出,能量转移在0.02 m处首次到达平衡点。数值结果表明,当一个模式被激发时,其简并模式会发生能量转移,且四波混频(Four-Wave Mixing,FWM)负责TLC-PCF中模式间的能量转移。本文创新性地采用MM-GNLSE理论分析具有慢非线性的少模液芯光子晶体光纤中的模式耦合、超连续谱产生(Supercontinuum Generation,SCG)以及能量转移特性。

关键词：少模光纤脉冲传输超连续谱产生多模广义非线性薛定谔方程甲苯

基于对称双环嵌套管的低损耗弱耦合六模空芯负曲率光纤

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物理学报 2024年第7期73卷 90-103页

作者：惠战强刘瑞华高黎明韩冬冬李田甜巩稼民西安邮电大学电子工程学院西安710121 西安市微波光子与光通信技术重点实验室西安710121

本文设计了一种具有对称双环嵌套管结构的新型低损耗少模空芯负曲率光纤,该光纤支持LP_(01),LP_(11),LP_(21),LP_(02),LP_(31a),LP_(31b)共6种纤芯模式.所设计的光纤以SiO(_2)作为基底材料,采用特殊的对称双环嵌套结构将包层区域进行划... 详细信息

本文设计了一种具有对称双环嵌套管结构的新型低损耗少模空芯负曲率光纤,该光纤支持LP_(01),LP_(11),LP_(21),LP_(02),LP_(31a),LP_(31b)共6种纤芯模式.所设计的光纤以SiO(_2)作为基底材料,采用特殊的对称双环嵌套结构将包层区域进行划分,能够有效地减小纤芯模式与包层模式的耦合.使用有限元法对该少模空芯负曲率光纤的结构参数进行优化,并分析了纤芯各个模式的限制损耗和弯曲损耗.仿真结果表明,所提出的少模空芯负曲率光纤能够同时支持弱耦合的6种纤芯模式独立传输(相邻模式间的有效折射率差均大于10~(–4),有效地避免了纤芯内模式间的耦合).在400 nm带宽(1.23—1.63μm,覆盖O,E,S,C,L波段)范围内,纤芯中的6个模式均保持低损耗稳定传输.各模式限制损耗在1.4μm处达到最低,其中基模LP_(01)模式的限制损耗最低,为4.3×10^(–7)d B/m.此外,当弯曲半径为7 cm时,各模式在一定工作波长范围内均保持低弯曲损耗传输.公差分析表明,当结构参数偏移±1%时,该少模空芯负曲率光纤仍然可以保持低损耗弱耦合的传输特性.

关键词：空芯负曲率光纤少模光纤限制损耗弯曲损耗

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少模光纤倾斜光栅制备及扭转传感研究

仪器仪表学报 2022年第6期43卷 101-108页

作者：余海湖刘芳高文静王鑫郑羽武汉理工大学光纤传感技术与网络国家工程研究中心武汉430070

设计了一种基于少模光纤倾斜布拉格光栅的反射型扭转传感器,小角度倾斜光栅中的纤芯基模与二阶模在光栅处发生互耦,通过测量该过程形成的反射峰强度变化实现扭转测量。分析了光栅倾斜角度对模式耦合效率的影响,采用相位掩模板法在线刻... 详细信息

设计了一种基于少模光纤倾斜布拉格光栅的反射型扭转传感器,小角度倾斜光栅中的纤芯基模与二阶模在光栅处发生互耦,通过测量该过程形成的反射峰强度变化实现扭转测量。分析了光栅倾斜角度对模式耦合效率的影响,采用相位掩模板法在线刻写光栅技术,在少模光纤上刻写了不同的小角度倾斜光栅;在此基础上选择倾斜角度为1°的光栅进行了单点、双点扭转传感实验,实验表明其反射光谱中基模与二阶模的互耦合峰(LP-LP)对光纤扭转敏感,可以实现对扭转角度大小的测量。在-50°~-150°逆时针扭转过程中,扭转灵敏度为0.52 dB/(rad·m),而在40°~190°顺时针扭转的角度范围内,扭转灵敏度为0.34 dB/(rad·m)。这种传感器具有在单根光纤上实现多点扭转传感的潜力,在多点扭转监测方面具有应用前景。

关键词：少模光纤倾斜光栅扭转传感谱型调控

低差分模式群时延少模光纤的变分法分析及优化

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物理学报 2022年第9期71卷 158-165页

作者：王健吴重庆北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室光信息科学与技术研究所北京100044

基于少模光纤的模分复用技术可使传输容量增加数倍,是目前光纤通信系统的研究热点.当复用模式数量较多时,模式之间的串扰可在接收端采用多输入多输出数字信号处理算法解决.差分模式群时延(DMGD,DMGD)越大,算法复杂度越高,为了降低接收... 详细信息

基于少模光纤的模分复用技术可使传输容量增加数倍,是目前光纤通信系统的研究热点.当复用模式数量较多时,模式之间的串扰可在接收端采用多输入多输出数字信号处理算法解决.差分模式群时延(DMGD,DMGD)越大,算法复杂度越高,为了降低接收机的复杂度需要使用低DMGD的少模光纤.本文提出了使用变分法分析任意芯层折射率高于包层的少模光纤,推导出了这类光纤中基模的模斑尺寸、各个模式归一化传播常数、相对于基模的DMGD的解析表达式,以及它们与归一化频率和光纤制造参数的关系.在此基础上,以梯度型少模光纤为研究对象,优化了光纤参数,得到能够传输前6个LP模,在C和L波段|τ_(DMGD)|少模光纤的优化参数为:最大芯层折射率与包层折射率之差n_(1)-n_(2)=0.01,纤芯半径a=14μm,折射率分布指数α=1.975.最后讨论了光纤制造误差对DMGD的影响.

关键词：模分复用少模光纤变分法差分模式群时延