为了更准确地分析空域无源光纤腔衰荡乙炔体积分数检测系统, 建立了考虑系统噪声的气体体积分数传感理论模型。采用该模型对空域无源光纤腔衰荡乙炔体积分数检测系统的性能进行了仿真和讨论。结果表明, 利用空域无源光纤腔衰荡传感技术, 通过测量衰荡距离, 可实现灵敏度高达56.226 km-1的乙炔体积分数的测量, 稳定性达0.47%, 检测极限达260.577×10-6, 且稳定性和检测极限还可通过减少光纤腔的固有腔损耗得到进一步的提高。此研究对于体积分数传感系统的优化设计应用具有理论指导意义。
传感器技术 体积分数 空域无源光纤腔衰荡传感系统 频移干涉 灵敏度 sensor technique volume fraction space-domain passive fiber cavity ring-down sensin frequency-shifted interferometry sensitivity
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学试验训练基地，陕西 西安 710106
3 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
4 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
高功率光纤激光是当前我国激光科学技术领域的前沿热点，而稀土掺杂的有源光纤是高功率光纤激光器的核心器件。与常规有源光纤不同，多折射率层有源光纤的纤芯和包层之间增加了一个或多个辅助折射率层，展现出了特殊的模场特性，有望进一步提升高功率光纤激光的输出功率。利用传统方法分析不同结构参数下多折射率层有源光纤的模场特性时，通常需要耗费较长的时间求解麦克斯韦方程组。笔者首次引入机器学习算法来预测多折射率层有源光纤的模场特性。该方法仅需要数据空间中0.1%的样本，就可以学习多折射率层有源光纤结构参数与其模场特性之间的复杂映射关系，进而实现无须求解麦克斯韦方程组的快速精准预测。该方法的平均预测误差小于0.6%，预测速度相比传统方法提升了约7000倍，为多折射率层有源光纤的模场特性分析提供了新思路。
光纤光学 人工智能 机器学习 光纤激光 有源光纤 多折射率层光纤 模场特性 中国激光
2023, 50(11): 1101013
华中科技大学武汉光电国家研究中心, 武汉 430074
多孔玻璃在过去的几十年中被广泛应用于提纯过滤, 生物化学和离子选择等领域, 是一种多功能微结构材料。多孔玻璃所制备的材料在光学领域也展现出不俗的优势, 成为突破多种光学材料应用瓶颈的关键。对多孔玻璃在可见光和近红外波段的研究进行了综述, 介绍了各种稀土离子和金属离子在多孔玻璃中的发光特性, 展现了多孔玻璃在制备微晶发光玻璃和封装碳点、量子点方面的优势。描述了使用多孔玻璃制备光纤的方法, 此种方法有望突破各种有源光纤制备的技术难题。对多孔玻璃未来发展进行了展望。
多孔玻璃 发光物质 发光玻璃 有源光纤 porous glass luminescent material luminescent glass active optical fiber
1 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院纤维集成光学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工程大学烟台研究院先进光纤传感技术研发中心，山东 烟台 264006
3 新南威尔士大学电气工程与电信学院，悉尼 NSW2052
光纤构成了当今世界通讯的主干网络，已成为人类活动的底层构架。近年来，物联网万物互联对光纤传输带宽的需求急剧增加，光纤功能更是从单一的信息传输扩展到了信息传输和感知一体化，特种石英光纤是实现该目标的一个重要组成部分，其研发成为了热点。特种光纤的复杂结构和多组分掺杂给其高效制造提出了挑战。本文围绕增材制造技术在特种石英光纤高效制备方面的难题、探索及进展进行总结梳理，首先重点报告在基于紫外光固化的增材制造技术路线下，如何克服大尺寸石英增材制造中陶瓷化和塌缩的难题，发展适合的增材技术用于制备特种石英光纤预制棒，以拉制出所需的特种光纤。然后介绍直接墨水书写与选择性激光熔融等不同增材技术用于石英光纤预制棒制造的近期进展。最后对增材制造在石英光纤制造中存在的问题和未来发展趋势进行简要讨论与展望。
光纤光学 增材制造 光纤预制棒制造 特种光纤 有源光纤 激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516003
双向掺铒光纤放大器(Bi-EDFA)是空域有源光纤腔衰荡传感系统的关键器件, 其增益特性和噪声特性直接影响传感系统的稳定性。设计了适用于空域有源光纤腔衰荡传感系统的低增益、低噪声的增益钳制Bi-EDFA, 并应用Optisystem仿真软件对其进行优化。仿真结果表明: 通过优化设计, 可获得增益系数、噪声系数分别为15.35 dB、3.52 dB, 且能保持增益钳制的Bi-EDFA。
空域有源光纤腔衰荡传感系统 双向掺铒光纤放大器 增益钳制 低增益 低噪声 space domain active fiber cavity ring-down sensing bidirectional erbium-doped fiber amplifier gain clamped low-gain low-noise
1 北京交通大学 全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
2 北京交通大学 光波技术研究所, 北京 100044
具有高功率、宽频谱的超连续光谱(SC)光源被广泛应用于光谱学及生物医学等领域。介绍了几种基于无源光纤和有源光纤产生高功率SC的产生方案, 从光纤材料、带宽和输出功率等方面对各个方案进行了总结对比, 并指出通过合理选择光纤类型或结构, 有利于提升SC带宽及输出功率。
高功率 超连续光谱 无源光纤 有源光纤 high power supercontinuum passive fiber active fiber
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
2 国科大杭州高等研究院, 浙江 杭州 310024
稀土掺杂有源光纤激光器或放大器具有重量轻、体积小、电光转换效率高等优点,在空间激光通讯、空间激光雷达、太空垃圾处理及**等方面有重要应用价值。然而,常规稀土掺杂有源光纤在太空辐射环境中的辐射诱导损耗是非稀土掺杂无源光纤的1000倍以上,这给面向空间应用的光纤激光器或放大器的长期稳定性带来了严峻挑战。本文简要介绍了太空辐照环境、石英光纤在太空中的应用需求和所面临的挑战;然后从三个方面详细介绍了当前国内外在耐辐照有源光纤领域取得的最新研究成果:1)有源光纤辐致暗化机理,2)有源光纤耐辐射特性的影响因素,3)提高有源光纤耐辐射特性的方法;最后,对耐辐照有源光纤的未来研究方向进行了展望。
激光光学 有源光纤 耐辐照 色心 辐射诱导损耗 空间应用
中国船舶重工集团公司第七一五研究所, 浙江 杭州 310023
提出了一种以可调谐滤波器实现波长扫描、以标准具实现波长标定的有源光纤光栅传感器波长解调方法，并搭建了相应的解调系统。对所提出的解调方法的可行性及解调系统的测量精度与稳定性进行了实验验证。结果表明,该方法可以准确地测量有源光纤光栅的光波长；解调系统在1533~1550 nm波长范围内的解调精度高于6 pm，测量波动范围在±5.7 pm之间。
传感器 光纤传感器 有源光纤光栅 波长解调 波长扫描 中国激光
2016, 43(10): 1010002
中国电子科技集团公司第二十三研究所, 上海 201900
设计了一种用于探测光纤激光器系统中有源光纤中残余的弱泵浦光的方法。采用两种光纤探针对剥离涂覆层的有源光纤以及保留涂覆层的光纤进行了包层泄漏光的测试, 优选出锥形探针作为弱光探测的光纤探针, 并用该探针测得泄漏光与包层残余泵浦光的功率关系, 发现二者呈线性关系并有对应的比例系数。通过该光纤探针的方法可实现快速确定有源光纤在激光器中的使用最佳长度, 避免传统方法中对有源光纤进行多次切割、熔接再测试等操作, 极大地提高了测试效率并降低了测试成本。试验同时发现, 光纤探针在剥离涂覆层光纤上的探测效果优于未剥离涂覆层的光纤探测效果。
弱光探测 光纤激光器 有源光纤 包层泵浦光 low light detection fiber laser active fiber cladding pump 红外与激光工程
2016, 45(4): 0422002
1 长春理工大学 材料科学与工程学院, 吉林 长春 130022
2 山西长城微光器材股份有限公司, 山西 太原 030032
3 长春大学 理学院, 吉林 长春 130022
研究了Yb3+/Er3+共掺60P2O5-15BaO-10Al2O3-5ZnO-10R2O(R=Na, K)以P2O5为主体的磷基有源光纤材料的光谱性质, 以及不同Yb3+/Er3+掺杂浓度对光谱性质的影响规律。当Er3+浓度为9.100×1019 /cm3、Yb3+的掺杂浓度为5.407×1020 /cm3、Yb3+/Er3+浓度比为6∶1时, 玻璃样品在1 531 nm处的受激发射截面最大, 为6.17×10-21 cm2。同时, 其荧光寿命为9.73 ms, 荧光半高宽为53.16 nm, 发射截面与半高宽的乘积为3.28×10-32 m3, 综合性能最佳。
有源光纤 磷酸盐玻璃 稀土离子 光谱性能 active fiber phosphorus glass rare earth ion spectroscopic properties
