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基于电热式熔融拉锥的长周期光纤光栅制备方法研究

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基于电热式熔融拉锥的长周期光纤光栅制备方法研究

作者：矫健哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

熔融拉锥法被用于光纤耦合器、分光器、光纤光栅等光器件的制作,本文通过使用熔融拉锥法制备长周期光纤光栅,探究熔融拉锥工艺参数与光纤锥区形貌的关系,可为多种光器件的制备提供参考和实验依据。本文采用电加热式熔融拉锥法实现长周... 详细信息

熔融拉锥法被用于光纤耦合器、分光器、光纤光栅等光器件的制作,本文通过使用熔融拉锥法制备长周期光纤光栅,探究熔融拉锥工艺参数与光纤锥区形貌的关系,可为多种光器件的制备提供参考和实验依据。本文采用电加热式熔融拉锥法实现长周期光纤光栅的制备,此方法的优点是不需要掺杂高敏性材料、载氢等特殊工艺,制作简单、热稳定性好。电加热式熔融拉锥法制备的光纤光栅为结构调制型光纤光栅,这种结构的光纤光栅在高温下传输特性较为稳定,而且随着温度的升高,其温度灵敏度会更大,特别适合于制作高温传感器。本文开展了基于拉锥方法的长周期光纤光栅制备及其传感特性研究,主要研究工作如下:首先,简单介绍了光纤光栅的发展、研究现状,以及制作长周期光纤光栅的各种方法,并对其优缺点加以分析和比较。其次,利用ANSYS有限元软件对电加热式拉锥机产生的温场仿真,并对拉锥过程的热结构加以仿真,分析了光纤在类环形加热子温场下的温度分布状况和光纤受热形变状况,并与实际的拉锥结果进行比较,可将仿真结果作为选择熔融拉锥工艺参数的重要依据。再次,通过在不同参数下的拉锥实验,比较各个工艺参数对光纤锥形的影响程度,并选定适当的工艺参数制备长周期光纤光栅。利用实验设备和选定参数制备出谐振峰位置在1535nm,谐振峰深度为28dB的长周期光纤光栅,并在显微镜下采集其完整的栅区图像,通过图像处理提取出光栅的几何结构参数。最后,开展了长周期光纤光栅温度传感特性的实验研究,其低温段的温度灵敏度为67.1pm/℃,高温段温度灵敏度为98.6pm/℃。本文提出的基于电加热式熔融拉锥工艺制备长周期光纤光栅的方法,也可为其他熔锥型光学器件制造技术提供重要的理论和实验参考。

关键词：电加热熔融拉锥长周期光纤光栅 ANSYS仿真

基于熔融拉锥的高灵敏干涉型微光纤氨气传感器

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光子学报 2018年第3期47卷 170-175页

作者：张敏傅海威丁继军李辉栋张静乐朱艺邵敏西安石油大学理学院光电油气测井与检测教育部重点实验室西安710065

利用光纤火焰熔融拉锥法,制作了一种高灵敏微光纤氨气(NH_3)传感器.该传感器将一段长度为10mm的保偏光纤接入普通单模光纤中,通过光纤火焰熔融拉锥机将保偏光纤熔融拉伸至直径为8.33μm制作而成.该结构基于马赫-曾德干涉仪的原理,利用... 详细信息

利用光纤火焰熔融拉锥法,制作了一种高灵敏微光纤氨气(NH_3)传感器.该传感器将一段长度为10mm的保偏光纤接入普通单模光纤中,通过光纤火焰熔融拉锥机将保偏光纤熔融拉伸至直径为8.33μm制作而成.该结构基于马赫-曾德干涉仪的原理,利用保偏光纤纤芯模与包层模相互作用实现模间干涉.外界环境中NH_3浓度变化时,细锥区倏逝场发生变化,通过检测透射谱中波长的漂移,实现传感器对环境中NH_3浓度的测量.实验结果表明,当NH_3浓度由8ppm^56ppm变化时,透射谱向长波方向移动约5nm,且NH_3浓度与波长漂移成二次拟合.在NH_3浓度为32ppm^56ppm变化时,可将NH_3浓度与波长漂移近似看成线性关系,此时传感器的灵敏度为176.08pm/ppm.该传感器具有体积小,制作简单,灵敏度高等优点,可用于不同领域的NH_3传感测量.

关键词：微型光纤马赫曾德干涉仪氨气传感器熔融拉锥倏逝场

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光纤熔融拉锥后抗拉强度增强研究

光学学报 2020年第20期40卷 59-64页

作者：黄建滨初单萍张大鹏王兴龙天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 珠海光库科技股份有限公司广东珠海519080

通过控制光纤熔融拉锥参数,实现了光纤熔融拉锥后的抗拉强度增强。利用有限元方法进行模拟与仿真,结果表明光纤熔融拉锥后,光纤内应力的大小与光纤熔融拉锥完成后光纤被加热区域的降温时间有关,降温时间越长,内应力越小,且被加热区域边... 详细信息

通过控制光纤熔融拉锥参数,实现了光纤熔融拉锥后的抗拉强度增强。利用有限元方法进行模拟与仿真,结果表明光纤熔融拉锥后,光纤内应力的大小与光纤熔融拉锥完成后光纤被加热区域的降温时间有关,降温时间越长,内应力越小,且被加热区域边缘处的内应力值明显高于其他区域的内应力值。根据仿真结果设计实验,实验结果表明,当光纤熔融拉锥完成后光纤被加热区域的降温时间为10、600、1200、1500 s时,光纤熔融抗拉强度将逐渐增强。

关键词：光纤光学熔融拉锥内应力抗拉强度有限元

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基于熔融拉锥过耦合器的光纤光栅解调系统

光电子技术 2009年第3期29卷 154-157页

作者：刘杰于海鹰霍佃恒刘统玉王昌张乐娟山东建筑大学信息与电气工程学院济南250101 山东微感光电子有限公司济南250014 山东省科学院激光研究所济南250014 济南大学信息科学与工程学院济南250022

提出了一种基于光纤熔融拉锥过耦合器进行解调的方法,实验制作了一个特殊的熔融拉锥过耦合器,对其输出的两路光功率进行了测试,并论证了用该耦合器进行解调的原理。利用该过耦合器组成的检测系统对光纤光栅传感器进行解调,得到了较好的... 详细信息

提出了一种基于光纤熔融拉锥过耦合器进行解调的方法,实验制作了一个特殊的熔融拉锥过耦合器,对其输出的两路光功率进行了测试,并论证了用该耦合器进行解调的原理。利用该过耦合器组成的检测系统对光纤光栅传感器进行解调,得到了较好的响应。该解调方法成本低,结构简单,解调范围大,线性范围可达10 nm以上。

关键词：光纤光栅熔融拉锥过耦合器解调

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基于电热式熔融拉锥方法制作光纤传感器

基于电热式熔融拉锥方法制作光纤传感器

作者：李国安哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

目前,光纤器件得到了广泛应用,其中两个主要的应用方向分别是光纤传感和光纤通信。其中,锥形光纤器件在光纤传感领域中起到至关重要的作用。当前各国制作锥型光纤传感器的方法主要有电弧放电法,氢氧焰加热法,化学腐蚀法,物理打磨抛光法... 详细信息

目前,光纤器件得到了广泛应用,其中两个主要的应用方向分别是光纤传感和光纤通信。其中,锥形光纤器件在光纤传感领域中起到至关重要的作用。当前各国制作锥型光纤传感器的方法主要有电弧放电法,氢氧焰加热法,化学腐蚀法,物理打磨抛光法等。本文以类环形石墨加热子为电阻,通过电热式熔融拉锥法制备锥形光纤器件。使用控制程序调控熔融拉锥的相关参数如拉锥时间、拉锥速度比值、拉锥个数、平移距离等从而控制锥形光纤器件的锥腰粗细、变径距离、平坦区长度等参数,进而获得不同性能和用途的单锥、MZI、变径光纤、LPFG等光纤光栅传感器件。首先,对热致变形法制作光纤器件的技术和本文使用的电热拉锥系统作了相关介绍。并通过调整不同的拉锥参数获得形貌不同的单锥、MZI、LPFG等光纤光栅传感器件,对不同拉锥参数制得的光纤器件进行形貌采集,并测量其传感特性进行对比,分析拉锥参数的不同对传感特性的影响。另外,对于多个周期的LPFG,本文记录了不同周期时的光谱传输情况,并进行了相应的传感特性测量。其次,介绍了电热式熔融拉锥方法制备变径光纤的技术,分析其基本原理,并进行实际论证,采集不同参数的变径光纤形貌分析验证。基于熔融拉锥增强光纤传感器件的倏逝场强度以提高传感特性的原理,通过本文所述的光纤变径技术对单模-无芯-单模传感器进行变径实验。实验中测试了不同变径直径及不同变径长度的锥形单模-无芯-单模传感器(Tapered-single mode-no core-single mode:简称TSNS)的传感特性,测试结果表明光纤变径的尺寸越小,折射率灵敏度越高,对光谱的影响也越大。此外随着TSNS结构逐渐加长,干涉条纹加深,折射率灵敏度随之提高。当折射率为1.417时,最大折射率灵敏度可达1517.28 nm/RIU。最后,基于多芯光纤空间分割复用特性及全光纤MZI原理,提出了一种锥形多芯MZI,以上文所述变径光纤技术为基础,对单模-七芯-单模传感器整体进行了变径拉锥,并进行了相应的传感特性测量,实验结果表明该结构温度灵敏度由短波至长波呈现递减趋势,所选四个干涉峰温度灵敏度由短波至长波分别为40 pm/oC、24 pm/oC、19 pm/oC和16 pm/oC。另外,该结构各干涉峰应力和折射率灵敏度较为一致,且从应力灵敏度呈线性可以得出,各干涉峰应是由中间芯与边芯干涉形成。本课题以热致变形原理为基础,通过电热式熔融拉锥方法,以类环形石墨为加热电阻拉制锥形光纤传感器,通过对拉锥工艺参数的优化调整,可以制得多种性能的耦合器、变径光纤、光纤光栅等器件,同时也可以通过锥形光纤的特性提高已有光纤传感器件的传感特性。

关键词：熔融拉锥光纤传感器长周期光纤光栅单模-无芯-单模单模-七芯-单模 MZI 变径光纤

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熔融拉锥控制系统的改进

江南大学学报（自然科学版） 2003年第6期2卷 597-600页

作者：吕迅官洪运上海交通大学金网通信工程中心上海200031 东华大学信息科学与技术学院上海200030

光纤耦合器是光纤系统中的一种重要无源器件,已广泛地应用于光纤通信网、光纤传感器以及相干光检测中,因此制造符合要求的、性能可靠的、大批量的光纤耦合器越来越受到人们的重视为了减小加工过程中操作的不一致性,提高系统稳定性和产... 详细信息

光纤耦合器是光纤系统中的一种重要无源器件,已广泛地应用于光纤通信网、光纤传感器以及相干光检测中,因此制造符合要求的、性能可靠的、大批量的光纤耦合器越来越受到人们的重视为了减小加工过程中操作的不一致性,提高系统稳定性和产品成品率,在当前普遍采用的熔融拉锥控制系统的基础上,提出了两点改进方案,即通过增加张力传感装置和图像处理系统,使控制系统的自动化程度更高,从而进一步减少人为因素的影响实际生产中的结果证明,采用改进后的控制系统,无论是加工标准耦合器还是保偏耦合器,在拥有较好参数的同时。

关键词：熔融拉锥控制系统光纤耦合器保偏光纤耦合器

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熔融拉锥光纤型中波分复用器的制备

熔融拉锥光纤型中波分复用器的制备

上海市激光学会2005年学术年会

作者：施雷陈险峰廖尉钧卜胜利陈玉萍夏宇兴上海交通大学物理系光学与光子学研究所上海交通大学物理系光学与光子学研究所上海交通大学物理系光学与光子学研究所上海交通大学物理系光学与光子学研究所上海交通大学物理系光学与光子学研究所上海交通大学物理系光学与光子学研究所

研究了熔融拉锥光纤型波分复用器制备过程中各相关参量对其最小信道间隔的影响。并根据理论模拟的结论设计了新型的熔融拉锥装置,使熔融拉锥光纤型波分复用器的耦合长度显著加长,改善了传统拉锥方法对这一类型波分复用器可达到的最小信... 详细信息

研究了熔融拉锥光纤型波分复用器制备过程中各相关参量对其最小信道间隔的影响。并根据理论模拟的结论设计了新型的熔融拉锥装置,使熔融拉锥光纤型波分复用器的耦合长度显著加长,改善了传统拉锥方法对这一类型波分复用器可达到的最小信道间隔的限制,得到了初步实验结果,最小信道间隔达到 3．01nm。这种信道间隔处于密集波分复用（DWDM）和粗波分复用（CWDM）之间的渡分复用器作者称之为中波分复用（BWDM,Between Wavelength Division Multiplexing）器。

关键词：光纤光学波分复用器熔融拉锥中波分复用

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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大口径光纤器件熔融拉锥成形与缺陷抑制研究

大口径光纤器件熔融拉锥成形与缺陷抑制研究

作者：柴子俊华中科技大学

学位级别：硕士

近年来,光纤激光器凭借其转换效率高、光束质量好、灵活性高、散热性好等优点在激光加工、生物医疗、国家安防等领域得到了广泛的应用。其中,光纤合束器是使高功率光纤激光器功率提升的核心部件之一,能够解决单根光纤功率瓶颈问题。光... 详细信息

近年来,光纤激光器凭借其转换效率高、光束质量好、灵活性高、散热性好等优点在激光加工、生物医疗、国家安防等领域得到了广泛的应用。其中,光纤合束器是使高功率光纤激光器功率提升的核心部件之一,能够解决单根光纤功率瓶颈问题。光纤合束器作为典型的熔融拉锥型光纤器件,目前其发展面临的主要问题在于对大口径光纤器件的拉锥成形过程缺乏机理性的认知,对工艺参数的把控多停留在经验阶段。所以本文围绕熔融拉锥技术的成形机理和缺陷抑制措施展开全面的研究,对高功率光纤合束器的制作和高功率光纤激光器的发展具有重要的意义。本文主要内容包括:(1)研究了光在锥形波导中的传播行为,阐明了光纤熔融拉锥外形对光纤器件传输特性的重要性,建立了基于三维Navier-Stokes方程的光纤熔融拉锥数值模型,可以更为全面地描述光纤器件在熔融拉锥过程中的流变行为。(2)建立了熔融拉锥过程的有限元模型,首先分析了移动扫描热源加热光纤器件的过程,研究了熔融拉锥预热阶段所需的时间和影响温度场的关键参数。随后将预热后的温度场与流场进行耦合求解,探究了熔融拉锥流变成形机理,通过施加不同的边界条件,研究了关键参数对成形过程的影响,并总结了几类由于边界条件设置不当而引起的熔融拉锥缺陷及其形成原因,主要包括:弯曲缺陷、塌陷缺陷、椭圆缺陷、锥区波动缺陷和凹坑缺陷。(3)搭建了一套基于预混丙烷火焰的熔融拉锥平台,分析了熔融拉锥的工艺流程和平台需要具备的功能,重点对平台视觉检测系统作了分析,详细说明了如何通过Canny算子和分水岭算法等图像处理算法提升平台的自动化程度并完成拉锥后处理任务。(4)实验验证了熔融拉锥缺陷的存在,并从缺陷抑制的角度对1250μm石英管熔融拉锥的最佳工艺参数进行探究。通过响应曲面优化获得了一组各类缺陷都尽可能抑制的最佳工艺参数,并将最佳工艺参数获得的实验结果和数值模拟结果进行对比,结果表明本文提出的数值模拟模型比传统模型更加适用于描述熔融拉锥流变成形过程。

关键词：高功率光纤激光器熔融拉锥数值模拟缺陷抑制

基于化学腐蚀和熔融拉锥的大倏逝场保偏光纤传感器研究

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基于化学腐蚀和熔融拉锥的大倏逝场保偏光纤传感器研究

作者：王皓暨南大学

学位级别：硕士

保偏光纤是光纤通信和光纤传感技术的重要器件,在通信系统和光纤陀螺仪等领域具有广泛应用前景。近几年,高双折射、高灵敏度的大倏逝场保偏光纤传感器引起了人们的关注,并在折射率传感应用中展现出了明显的优势。本文结合化学腐蚀和熔... 详细信息

保偏光纤是光纤通信和光纤传感技术的重要器件,在通信系统和光纤陀螺仪等领域具有广泛应用前景。近几年,高双折射、高灵敏度的大倏逝场保偏光纤传感器引起了人们的关注,并在折射率传感应用中展现出了明显的优势。本文结合化学腐蚀和熔融拉锥技术对保偏光纤进行加工,分别实现了三种保偏光纤传感器结构,并对其进行了折射率、温度等传感特性研究。首先,研究了化学腐蚀保偏光纤布拉格光栅的光谱特性,并实现了排除温度干扰情况下的外部折射率测量。用氢氟酸对刻有布拉格光栅的熊猫保偏光纤进行化学腐蚀并对腐蚀过程中光谱变化进行记录和分析。对其进行外部折射率和温度测量,两个偏振态对温度的响应基本相同,对折射率的响应不同,因此可实现一个温度不敏感折射率传感器。该传感器容易制备,光谱可控,结构紧凑,具有广阔的应用前景。其次,研究了化学腐蚀保偏光纤长周期光栅的特性,对其折射率和温度响应进行了测量。用准分子激光器在保偏光纤上刻写长周期光栅,然后对其进行化学腐蚀。对腐蚀过程中光纤结构和双折射变化关系进行了研究分析,并将其应用于折射率和温度的测量。最后,提出并实现了一种熔锥型保偏光纤干涉仪。通过对保偏光纤进行熔融拉锥得到两套相互叠加的干涉谱。并分别对其折射率、温度和应变响应进行了测量。通过傅里叶变换,能够有效去除温度对折射率的交叉敏感响应。两个主频率还可使该结构用作多参数同时测量的传感器。

关键词：熊猫保偏光纤化学腐蚀熔融拉锥折射率传感温度敏感性