1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室，重庆 400054
提出一种反射式微纳光纤耦合器传感膜片，以实现高精度、连续和无创血压监测。该传感膜片由反射式微纳光纤耦合器、聚二甲基硅氧烷薄膜和环氧树脂基底组成，具有很高的压力灵敏度（-0.682 kPa-1），且无需精确空间对准即可实现脉搏波检测；然后，构建双通道脉搏波检测系统，以获得肱动脉传导时间、桡动脉传导时间以及桡动脉和肱动脉之间的传导时间差值；基于上述参量，利用支持向量回归算法建立血压预测模型。实验结果表明，所提系统的收缩压平均偏差和标准偏差分别为0.08 mmHg和1.13 mmHg，舒张压的平均偏差和标准偏差分别为-0.35 mmHg和1.25 mmHg，符合美国医学仪器促进协会的标准，与其他类型的传感器相比，所提系统的准确度有明显提高。使用该系统监测一天内以及运动时的血压波动，结果表明该系统在连续精准测量血压方面具有可行性及很大的应用潜力。
传感器 血压监测 微纳光纤耦合器 人体脉搏波 支持向量回归
中国电子科技集团公司 第三十四研究所，广西 桂林 541004
针对现有激光波长测量方法复杂、成本高、缺乏普遍适用性的问题，提出了一种基于3×3光纤耦合器的激光波长测量方法，理论推导了测量方法的基本原理，并搭建了激光波长实验测试验证系统。利用光纤延时线(FDL)改变干涉仪测量臂的传输时延，采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)采样得到该时延变化量对应的干涉信号条纹半周期数，根据半周期数与时延差之间的关系，计算出待测激光波长。实验测试结果表明：当用该测量方法测量出激光波长分别为1 310.84、1 550.78 nm时，使用光谱仪测得的激光波长分别为1 310.56、1 550.63 nm，两者结果几近一致。
条纹计数法 光纤耦合器 迈克尔逊光纤干涉仪 时延差 激光波长 fringe counting method, fiber coupler, michelson f
重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室，重庆 400054
针对双螺旋结构微纳光纤耦合器（DHMC），理论研究其游标效应的内在机理和光谱特性。实验制备直径为5~7 μm的DHMC，并研究其应变、温度以及折射率的传感特性，采用快速傅里叶变换（FFT）并利用带通滤波对特征干涉光谱数据进行提取，分别得到在x、y正交偏振态下的干涉光谱以及它们叠加形成的游标光谱。实验结果表明：制备的DHMC的结构参数及光谱特性与基于理论分析的预测基本吻合；DHMC的x、y偏振态干涉谱叠加形成的游标效应光谱与x、y正交偏振态下的干涉光谱相比较，对应变和温度传感呈现出减弱的光学游标效应，而对折射率传感则呈现出增强的光学游标效应。以上研究结论对DHMC的制备及其在折射率、温度及应变传感中的应用具有实际指导意义。
光纤光学 光纤传感器 双螺旋微纳光纤耦合器 折射率 温度 轴向应变 中国激光
2023, 50(14): 1406001
1 国家管网集团西部管道有限责任公司, 乌鲁木齐 830000
2 北京声创新技术发展有限责任公司, 北京 100085
提出了一种结合多模干涉效应的新型马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构, 并将其用于振动检测研究。与基于两个3dB单模光纤耦合器(OC)级联而成的传统MZI不同的是, 文章采用多模OC与单模OC共同构成MZI。利用芯径为105μm的阶跃折射率分布多模光纤与芯径为62.5μm的渐变折射率分布多模光纤分别采用熔融拉锥法制作了分光比为1∶1的3dB多模OC, 并将其分别与3dB单模OC构建了MZI, 同时为了对比, 也利用两个单模OC构建了MZI。分别对采用不同类型OC构建的MZI中的一个干涉臂施加振动干扰, 并使用示波器进行数据采集和分析。结果表明, 基于芯径为105μm的阶跃折射率分布多模耦合器构建的MZI具有最大的可检测振动频率范围, 为1~20kHz, 同时在振动频率偏差和振动频率鉴别能力上也表现最优。
振动检测 马赫-曾德尔干涉仪 多模干涉 多模光纤 光纤耦合器 vibration detection Mach-Zehnder interferometer multimode interference multimode fiber fiber coupler
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
提出了一种基于混合Sagnac干涉仪的光纤耦合器耦合相移检测技术，其中混合Sagnac干涉仪由待测单模光纤耦合器和保偏光纤组成。基于混合Sagnac干涉仪互易端口和非互易端口输出干涉光谱的谷值波长特征，推导出单模光纤耦合器耦合相移检测方程并进行了测试误差分析。搭建了实验系统，实现了固定分光比3×3单模耦合器以及不同分光比2×2单模耦合器耦合相移的高精度检测，并首次实现了不同温度条件下2×2单模耦合器的耦合相移变化特性测量，实验结果与理论估计一致。理论分析和实验研究结果表明，所提检测方法实施方便、检测精度高，适应性强，为光纤耦合器耦合相移的定量精确测试和分析提供了有效手段。
光纤光学 单模光纤耦合器 耦合相移 Sagnac干涉仪
光纤分束器因其多种优点大量应用于光纤通信、激光探测、光电传输等系统, 随着光学系统性能的提升, 对光纤分束器对光学系统性能影响提出更高要求。文中研究分析不同输入波长对1×2光纤分束器输出分光比的影响, 同时通过光学系统输出消光比和1 h输出光功率稳定性测试, 对比分析普通、保偏和单偏三种1×2光纤分束器对光学系统性能的影响, 验证分析结果对光纤分束器应用于高性能光学工程系统起指导作用。
光纤分束器 输出光分比 消光比 功率稳定性 fiber coupler output splitting ratio extinction ratio power stability
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics and Optoelectronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China
2 National Engineering Laboratory for Destructive Testing and Optoelectronic Sensing Technology and Application, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China
3 School of Electrical Engineering & Intelligentization, Dongguan University of Technology, Dongguan 523808, China
An asymmetrical tapered singlemode–multimode–singlemode (SMS) fiber coupler based on two parallel physical contact SMS fiber structures was proposed. Since the coupler includes modes both from fiber core and cladding, two dips of the transmission spectrum exhibit different sensing characteristics to the surrounding temperature and refractive index (RI) change, which allows the use of the standard matrix inversion method to determine temperature and RI simultaneously. The temperature sensitivities of 0.0498 and 0.0324 nm/°C and RI sensitivities of 1151.76 and 1325.66 nm/RIU have been achieved, respectively. For biosensing application, with the functionalized fiber coupler sensor, a human chorionic gonadotropin concentration of 0.05 mIU/mL has been detected for a wavelength shift of 0.2 nm with good stability and excellent selectivity. The developed tapered SMS fiber coupler structure has advantages of simultaneous measurement of two independent parameters, simple configuration, low cost, and good repeatability that offer a great potential for medical diagnostics.
optical fiber sensing fiber coupler biosensor human chorionic gonadotropin Chinese Optics Letters
2020, 18(6): 061201
为解决传统光纤折射率传感器灵敏度较低的问题,提出一种基于游标效应增强的拉锥光纤耦合器折射率传感器。利用拉锥光纤耦合器的双折射效应,在耦合器中形成x偏振态和y偏振态两路模式(奇模与偶模)干涉,两路略有差别的干涉通过叠加,形成游标效应。通过理论分析和数值计算,发现当拉锥耦合器的宽度为1.6~3.2 μm时,奇模与偶模的群双折射系数差值会出现零点,折射率传感器的灵敏度会得到显著增强。在理论分析和数值仿真的基础上,实验研究了宽度为1.6 μm的光纤耦合器的折射率传感性能,并在折射率1.333附近获得了30020.0 nm/RIU和-34402.5 nm/RIU的超高灵敏度。该传感器制作简单、结构紧凑且成本较低,在高灵敏度生物医学检测和分析化学领域具有重要应用前景。
光纤光学 光纤传感器 折射率传感器 光纤耦合器 游标效应
