折射率径向平方律变化的增益引导光纤的束缚因子

将长周期光纤光栅(lpg)和光纤sagnac环相结合,实现了折射率和温度的同时测量。首先利用二氧化碳激光器在保偏光纤上制作了长周期光纤光栅(pm-lpg),然后把该pm-lpg和普通单模光纤耦合器组成sagnac环,作为传感单元。实验选择其某一透射峰作为测试对象,其波长随温度变化,强度随折射率变化,因此可实现两个参量的同时测量。实验获得的温度灵敏度为-0.654nm.℃-1,折射率灵敏度为49.9db.riu-1。整个实验系统成本低、简单实用,具有较好的应用前景。

纤芯失配的光纤Mach-Zehnder折射率传感器

基于多模干涉效应的单模-多模-单模(sms)结构光纤折射率传感器通常需要进行包层腐蚀来提高灵敏度,而且易受环境温度影响。为克服sms结构的这些不足,提出了一种新型的基于纤芯失配多模干涉的光纤折射率传感器,由单模光纤-色散补偿光纤-单模光纤(smf-dcf-smf)级联光纤布拉格光栅(fbg)构成,长度不超过100mm。对其灵敏度、线性范围和温度特性等进行了测试,实验结果显示在测量折射率为1.33～1.39的折射率液时,特征波长与折射率呈线性关系,灵敏度为232.8nm,级联的fbg具有良好的温度校准功能。

理论分析和模拟计算了少模光纤布拉格光栅基模及高阶模的耦合与传输特性,得到在相同外部折射率变化情况下,少模光纤基模与高阶模耦合对应的布拉格波长变化,比正、反向基模之间耦合对应的布拉格波长变化显著增大。实验上制作了少模光纤布拉格光栅,测量了基模之间以及基模与高阶模之间对应的布拉格波长随外部折射率、温度变化的情况,得到与理论分析相符的结果。而对于温度变化对折射率测量结果干扰的问题,提出了通过计算布拉格波长差来克服温度影响的方法。这些结果为采用布拉格光纤光栅测量外部折射率变化提供了一种新的途径。

对载氢掺锗石英光纤的紫外光敏特性以及载氢条件对光纤紫外光敏性的影响进行了系统地实验研究．实验结果表明:①载氢光纤的光致折射率改变随紫外曝光时间的变化规律(△n=3．3×10-4t0.31689)是先呈指数增长到达一定的时间基本达到饱和,如果继续照射,光致折射率改变继续增大,并对紫外光敏机理进行了讨论;②随着载氢压力的增大,光纤的紫外光敏性呈正比例增大,两者之间的关系为△n=1．34×10-5+4．66×10-5p;③掺锗石英光纤的紫外光敏性的大小随着载氢时间的延长,呈指数增长,最后达到饱和．

提出一种通过布拉格光纤光栅传输谱线计算其纤芯直径和折射率的方法.实验中采用较短波长的相位掩模板及紫外光照射载氢的单模光纤来写布拉格光栅.通过测量lp01模与反向传输的lp01、lp02模耦合所对应的损耗峰,并将对应的两中心波长分别带入色散方程,来计算同时满足布拉格光栅相位匹配条件的解,即可求出该光纤光栅纤芯直径和折射率.这种方法为测量光纤光栅参数提供了一种新的途径.

亚波长直径微纳光纤强倏逝场传输的光学特性,使其对周围介质折射率的变化具有极高的灵敏度.本文提出一种基于微纳尺度光纤布拉格光栅(mnfbg)的折射率传感器,结合微纳光纤倏逝场传输和光纤布拉格光栅(fbg)强波长选择的特性来实现高精度折射率传感,对其制备可行性进行了讨论.论文中对mnfbg折射率传感机理进行了深入的理论分析,并使用optigrating软件进行了数值模拟,模拟数据显示mnfbg折射率测量的灵敏度随着光纤半径的减小而增加,其中光纤半径为400nm的mnfbg灵敏度可达到993nm/riu,相比于包层蚀刻的fbg灵敏度增加了170倍,说明mnfbg对发展微型化、高灵敏度折射率传感器具有良好的应用前景.

研究单端腐蚀光纤布拉格光栅(fbg)在低折射率区(约1.333～1.360)对折射率与温度同时测量的理论模型,分析其主要结构参数对折射率灵敏度和线性度的影响,建立相应的线性近似理论和误差分析方法。理论仿真结果表明,可通过减小腐蚀区的直径或选择光栅周期较大的fbg制作传感器来提高折射率灵敏度,但这同时会降低传感器的线性度及增大折射率灵敏度的理论误差。在此理论分析基础上,设计并制作一个单端腐蚀fbg,进行相应实验研究,实验结果与仿真结果一致。

提出了基于光纤布拉格光栅(fbg)包层模式的折射率传感方案。实验中,利用不同浓度的丙三醇水溶液作为外界折射率传感溶液,采用氢氟酸溶液化学腐蚀的方法来减小光纤包层的直径以增大包层模式对外界折射率的敏感度,研究了腐蚀后光纤布拉格光栅包层模式的耦合波长对外部折射率的变化关系。实验结果表明在1.3300~1.4584的折射率范围内,包层模式耦合波长随外界折射率增大而增大,在接近光纤包层折射率处具有很高的折射率灵敏度,最大达到了172nm/riu(refractiveindexunit)。而且,包层模谐振的光谱半峰全宽(约0.07nm)仅为布拉格纤芯模谐振光谱半峰全宽的1/4,能够获得更好的传感精度。

利用激光照射高折射率玻璃微珠下形成的二次彩虹现象,以艾里的虹理论为基础对玻璃微珠折射率进行了测量。推导了玻璃微珠尺寸对折射率影响的计算公式,表明半径差异在10μm时,折射率的测量误差为10~(-3)数量级。此外,通过软件模拟计算玻璃微珠的二次彩虹现象,并对微珠的折射率进行了测量,验证了二次彩虹方法的正确性,同时也表明玻璃微珠半径的变化对最小偏向角位置的偏移影响很小。实际测量结果表明,折射率随着半径的减小而增大,但是折射率变化很小,因此,引入折射率测量误差较小。统计测量方法能为玻璃微珠折射率的准确测量提供可靠的依据。

提出了一种基于数字全息层析术的数字重构方法。针对单模光纤(smf)的折射率分布具有轴对称性的特点,可仅根据在任一与光纤轴向垂直的旋转角度下从数字全息图再现出的相位分布,采用层析算法重构出与smf轴向垂直的折射率断层分布。通过获取smf的折射率断层分布,就可获取其折射率三维分布。与以往测量smf折射率分布的方法相比,本文方法具有对被测样品无损、测量方法简单及测量速度快等特点。理论分析与光学实验结果均验证了本文所提方法的有效性。

根据菲涅耳公式和功率反射系数关系式,分析纤芯失配型光纤传感器折射率传感原理;采用单模/多模光纤制作传感器,研究传感器输出光功率随甘油溶液折射率变化特征,并验证理论计算结果。表明媒质折射率n_2=1.300～1.441时,传感器输出光功率强且几乎不发生变化;n_2=1.441～1.452时,传感器输出光功率呈线性快速下降,其斜率为-155.91;当媒质折射率与单模光纤包层折射率接近时,传感器输出光功率几乎为0。验证实验发现,传感器线性快速下降的折射率范围为1.442～1.454,斜率为-49.67,其输出光功率随甘油溶液折射率变化规律与数值模拟结果基本一致。该传感器具有结构简单、成本低、传感系统全光纤化等特点,能用于有毒有害、易燃易爆等特殊环境下物质折射率的高精度测量。

基于双面对称单环开口谐振器对结构奇异的电磁特性,设计了一种频率可控的各向异性零折射超材料。将这种零折射超材料应用于普通双频微带天线,制备了中心频率为5.15ghz和6.8ghz的零折射双频微带天线。仿真和测试结果显示,由于零折射超材料的引入,天线的侧向辐射减弱,方向性增强。在低频工作时,零折射微带天线e面和h面半功率波束宽度分别减小了29°和10°,增益提高了2.2db。在高频工作时,零折射微带天线e面和h面半功率波束宽度均减小了16°,增益提高了2.4db。将零折射超材料应用于微带天线的介质基板,为高性能双频微带天线设计提供了有效途径。

通过对几种单模及多模光纤折射率分布测量方法的分析研究,得到单模光纤与多模光纤折射率分布测量方法的根本区别。由于单模光纤芯径比较小,因而只能用波动理论分析其传输机理,其中的远场法和近场法测量都是基于标量亥姆霍兹波动方程,即以单模光纤的基本传输理论进行测量;而多模光纤由于其芯径比较大,故而用射线理论分析其传输原理较为合理。多模光纤的折射近场法和近场扫描法均是以纤芯半径处数值孔径不同,对应的折射模和传导模不同为依据来进行测量的。

理论分析和模拟仿真研究了激光点火系统中光纤端面损伤、光纤初始输入段损伤和光纤内部损伤机理。结果显示:端面损伤主要是由光纤端面的杂质和缺陷引起;光纤初始输入段损伤是由光束的初次反射造成光纤局部激光能量密度增大引起的;光纤内部体损伤主要由于激光自聚焦效应引起损伤和光纤受到的意外应力产生微小碎片,吸收激光能量,引起光纤局部损伤。给出了激光点火系统中提高光纤损伤阈值的一般方法,主要包括光纤端面处理、设计合理的激光注入耦合装置。

从理论上分析了玻璃微珠定向回归反射原理,利用近轴光线球面折射理论分析了玻璃微珠实现回归反射的折射率,并结合实际使用情况,在最大可能增加回归反射的基础上,讨论了入射光线到主光轴的距离与回归光线和入射光线夹角之间的关系,从而确定出了实现最大反射时玻璃微珠的折射率范围为1.80~1.95,研究结果对回归反射标志牌的开发具有重要的理论意义。

基于氟化聚合物梯度折射率圆对称塑料光纤(pf-gipof)的传输参量计算,分析其传输特性,推导出频域基带功率传输函数,得到一种参数完整的色散计算模型.理论分析了光源特性、模式时延和模式损耗对带宽的影响并对色散进行拟合和计算.在波长和激光斑半径相异的光源激励下,对不同长度、不同折射率指数的pf-gipof的频率响应进行仿真验证.理论计算和实验结果表明,200m长的pf-gipof在1300nm工作波长下,半径11.76μm的激光斑激励出的传导模最少,由于差分模式损耗作用,系统带宽提升了3.56ghz,在α=2.16的折射率下可以得到最大的带宽优化.该计算模型可有效地用于pf-gipof通信系统的参量选取和带宽预测.

熔融石英、光学石英玻璃的折射率（之一）波长（毫微米）水晶熔制石英玻璃合成石英 玻璃185.411.57464-193.53 1.56071-202.541.547291.54717206.201.54269 1.54266213.85-1.53434214.451.53385-226.50 1.523181.52299232.941.51834-237.83-1.51473248.20-1.50841250.201.50762-257.62 1.50397 1.50351265.36-1.49994274.871.49634-280.35- 1.49403289.36-1.49098298.061.488591.48837307.59-1.48575313.17-1.48

不同形状玻璃砖折射率的测定

表7光学石英玻璃的折射率（之一）波长（毫微米）水晶 熔制石英玻璃合成石英玻璃185.411.57464-193.53 1.56071-202.541.547291.54717206.201.54269 1.54266213.85-1.53434214.451.53385-226.50 1.523181.52299232.941.51834-237.83-1.51473 248.20-1.50841250.201.50762-257.621.50397 1.50351265.36-1.49994274.871.49634-280.35- 1.49403289.36-1.49098298.061.488591.48837307.59 -1.48575313.17-1.4

光学玻璃的折射率和阿贝

本文(参照文献[1])用激光光束在滤纸上散射的方法来测量透明板的折射率。利用显微镜的测微装置可作精密测量。这种方法既简单又直观,也可作为课堂上的演示实验,有助于学生加深对几何光学基本概念的理解。实验装置如图1所示,将待测玻璃板铅