光学 精密工程
2023, 31(24): 3540
1 烽火通信科技股份有限公司, 武汉 430074
2 锐光信通科技有限公司, 武汉 430074
保偏光纤是光纤陀螺的核心元件, 随着光纤陀螺对精度和小型化的需求越来越强烈, 光纤的外形尺寸在不断减小。针对在减小光纤外径的同时保持光纤的优异性能这一难题, 文章对细径保偏光纤的波导结构和双折射条件进行了理论研究, 提出了60/100 μm(包层/涂层)细径保偏光纤的波导结构设计方法, 实现了基于等离子体化学气相沉积工艺和特殊拉丝技术的细径保偏光纤研制, 并通过小弯曲条件和温度变化等大量环境试验, 对细径保偏光纤的可靠性进行了研究, 结果表明, 所研制的60/100 μm细径保偏光纤具有优越的性能和良好的可靠性, 可满足光纤陀螺的应用需求。
细径 保偏光纤 slim diameter PMF 60 μm 60 μm
武汉睿芯特种光纤有限责任公司, 湖北 武汉 430070
针对腐蚀后的薄包层保偏光纤对外界溶液折射率敏感的特性,提出了一种基于高双折射环形镜的光纤液位检测方法。HF腐蚀后的保偏光纤构成高双折射环形镜中的传感头,液位的变化导致保偏光纤传输特性的变化从而实现传感测量。经测量,保偏光纤4个有效波谷点谐振波长在1 520～1 620 nm光谱范围内,且随着液面高度的上升整体向长波方向移动。结果表明,传感器灵敏度高达在0.277 nm/mm,液面高度与波长飘移量的线性度达99.5%以上,测量精度可达毫米级。
环形镜 保偏光纤 双折射 液位传感器 FLM PMF birefringence liquid level sensor
1 南京林业大学机械电子工程学院, 江苏 南京 210037
2 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室, 江苏 南京 210016
3 南京航空航天大学民航学院, 江苏 南京 210016
灵敏度是衡量传感器的重要指标之一, 基于双折射光纤环镜(PM-FLM)应变传感器灵敏度理论模型, 通过数值模拟与实验的方法, 在不增加系统复杂性的前提下, 通过自身性能优化PM-FLM轴向应变灵敏度; 同时研究了双折射光纤(PMF)长度对PM-FLM轴向应变灵敏度的影响。 研究结果表明: 对于相同PM-FLM, 可以选择长波长监测点优化轴向应变灵敏度; 对于双折射率相同的PM-FLM, 可以选择双折射应变系数较大的PMF优化轴向应变灵敏度。 对于双折射应变系数相同的PM-FLM, 可以选择双折射率较小的PMF优化轴向应变灵敏度。 PM-FLM传感器应变灵敏度与PMF长度无关。
应变灵敏度 波长 双折射应变系数 双折射率 双折射光纤长度 Strain sensitivity Wavelength Strain dependent birefringence coefficient Birefringence PMF length 光谱学与光谱分析
2017, 37(5): 1576
为产生全光域UWB(超宽带)一阶和二阶信号, 降低光载UWB系统成本, 提出了一种基于偏振调制同时光生一阶和二阶UWB信号的方法。将两路极性相反的高斯脉冲信号通过PolM(偏振调制器)相位调制到偏振态正交的两个光载波上, 利用PMF(保偏光纤)引入适当的群延时, 生成一阶UWB信号。通过PC(偏振控制器)控制输入光信号与PMF主轴所成的角度, 产生一对极性相反的一阶UWB信号, 并对其中一路进行适当的延时, 合成后即可生成二阶UWB信号。所得一阶UWB信号的中心频率为5.36 GHz, -10 dB绝对带宽为8.96 GHz, 相对带宽为167%; 二阶UWB信号的中心频率为5.83 GHz, -10 dB绝对带宽为7.36 GHz, 相对带宽为126%, 均满足FCC(美国联邦通信委员会)标准。分析了偏振调制中时延对生成的UWB信号性能的影响。结果表明, 当偏振调制中引入的时延τ=TFWHM时, 生成的二阶UWB信号更符合FCC要求。
一阶和二阶超宽带信号 偏振调制 保偏光纤 monocycle and doublet UWB signals polarization modulation PMF
哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080
由于保偏光纤对轴时须保证旋转的光纤始终在显微镜的焦平面内，故本文设计了保偏光纤同轴度调节系统用于调节光纤相对电动旋转平台旋转中心的位置。采用显微视觉和电动位移平台运动检测出光纤的中心轴与电动旋转平台旋转中心的距离，基于图像信息对二维手动平台实施调节，计算出调节后理论上的同轴度误差。结合显微视觉建立了实验系统。以电动平台旋转轴中心为原点建立直角坐标系，通过图像处理采用最小二乘法得到光纤中心线的直线方程，确定光纤中心与电动平台旋转中心的距离。将基于图像阈值的灰度差分函数作为清晰度函数，用实验方法确定其阈值，从而有效降低白噪声的影响。实验结果显示，经过调节的光纤和电动旋转平台的同轴度误差为3 μm，能够应用在保偏光纤偏振轴的检测中。
保偏光纤 同轴度调节 显微视觉 图像处理 清晰度函数 Polarization Maintaining Fiber(PMF) coaxial error adjustment microscopic vision image processing sharpness function
1 光纤通信技术和网络国家重点实验室，湖北 武汉 430074
2 烽火通信科技股份有限公司，湖北 武汉 430074
开发了一种高性能PMF(保偏光纤)的制造工艺，并制备出包层直径为80 μm的细径高性能PMF。试验结果表明，该光纤具有优良的全温(－50～85 ℃)偏振串音性能，光纤全温偏振串音变化典型值为3.232 dB，具有良好的抗弯曲性能和良好的端面研磨性。
保偏光纤 光纤陀螺 特种光纤 制备 应用 PMF fiber-optic gyroscope specialty fiber fabrication application
1 江西师范大学 物理通信与电子学院, 江西 南昌 330022
2 萍乡高专 机电系, 江西 萍乡 337000
采用传输矩阵分析法、数值模拟和实验研究相结合的方法研究了由光耦合器(OC)、偏振控制器(PC)和保偏光纤(PMF)组成的高双折射Sagnac干涉环的透射特性。理论分析了PMF特性和PC状态对输出特性的影响，并通过数值模拟得到了PMF长度、双折射率(Δn)和PC状态不同时所对应的透射光谱。最后通过实验验证得出了波长间隔只由PMF的长度和双折射率Δn决定，透射率大小只由PC状态决定，而透射谱的峰值位置由PMF和PC状态共同决定的规律。实验结果与理论分析结果非常一致，对Sagnac环透射规律的研究对这种可调谐滤波器在多波长光纤激光器中的应用具有一定的参考价值。
Sagnac干涉环 保偏光纤 双折射率 偏振控制器 可调谐滤波器 Sagnac loop filter polarization-maintaining fiber (PMF) birefringence polarization controller tunable filter
西安电子科技大学 技术物理学院, 西安 710071
在考虑到各向同性光纤和各向异性光纤在横向应力作用下介电常量变化量差别的条件下，利用弹光效应和折射率椭球得到了外界横向应力与保偏光纤介电常量变化量的关系.采用耦合模理论分析了横向应力作用下保偏光纤偏振耦合特性，数值模拟了横向应力大小、方向以及作用长度对偏振耦合强度的影响，应力作用方向与主轴(未受外力)成45°时，光纤受扰最敏感；输出消光比随力作用长度呈现周期性变化，力的作用大小不同，交换能量周期也不同；在应力大小部分区域输出消光比和横向应力大小成线性关系，结论与已有实验结果一致.
保偏光纤 偏振耦合 横向应力 耦合模理论 Polarization Maintaining Fiber(PMF) Polarization coupling Transversal force Coupled-mode theory
国防科学技术大学光电科学与工程学院， 湖南 长沙 410073
保偏光纤谐振腔交叉偏振耦合引起的偏振波动是谐振式光纤陀螺的主要噪声源之一，保偏光纤偏振主轴旋转90°对接是克服偏振波动的有效方法，其对接角度误差大小对陀螺噪声抑制效果有重要影响。为此利用迈克耳孙(Michelson)白光光纤干涉仪偏振耦合测试方法，从理论上对双耦合器保偏光纤谐振腔的90°对接误差进行了分析，得到迈克耳孙光纤干涉仪输出的干涉交流项公式和干涉波形，进而计算得到双耦合器保偏光纤谐振腔的90°对接误差角度。对双耦合器的保偏光纤谐振腔90°对接角度误差控制进行了实验研究，实现了0.37°的角度对接误差。
光纤光学 谐振式光纤陀螺 保偏光纤谐振腔 偏振耦合 迈克耳孙白光干涉仪
