模式干涉型光纤传感器以及可调谐、单纵模光纤激光器的研究

发布时间：2017-03-28 03:04

  本文关键词：模式干涉型光纤传感器以及可调谐、单纵模光纤激光器的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：模式干涉效应自提出以来,即在耦合器、光开关、复用器等方面得到了广泛的关注。模式干涉效应自被引入到光纤结构中以来,更是以其优越的传感特性得到了广泛的研究,且不断有新型结构的模式干涉仪被提出,并应用于传感方面。此外基于模式干涉效应的光纤器件也开始被应用到光纤激光器的设计方面,并在多波长激光器、可调谐激光器等方面展现出了非常好的应用潜力。 本论文在国家自然科学基金“青年基金”项目、北京交通大学博士生创新基金项目的支撑下,对模式干涉型光纤器件的特性进行了分析。重点对无芯光纤结构、偏芯熔接结构、up-taper结构的模式干涉效应进行了详细的研究,并结合模式干涉效应传感灵敏特性,将模式干涉型光纤器件应用于波长可调谐光纤激光器设计方面,开展了一系列理论分析和实验研究工作。本论文取得的主要创新成果如下： 1.提出了一种基于无芯光纤模式干涉效应折射率响应特性的可调谐光纤激光器。理论分析了基于无芯光纤结构的模式干涉理论,并对其传感特性进行了实验研究。在此基础上,将无芯光纤模式干涉效应的折射率响应特性应用到可调谐光纤激光器的设计当中,并实验得到了从1531.97nm-1563.85nm波长可调的激光输出。 2.基于偏芯熔接型模式干涉仪的弯曲响应特性,提出了一种基于偏芯熔接结构和保偏光纤Sagnac环相结合的可调谐、可开关光纤激光器。本方案利用保偏光纤Sagnac环提供梳状滤波谱,对激光器的输出波长进行选择,同时利用偏芯熔接型模式干涉仪的弯曲响应特性对激光器的输出波长进行调节。实验得到了调谐范围为8.3nm的单波长、双波长可切换的激光输出。 3.提出了一种基于up-taper结构与偏芯熔接相结合的模式干涉仪。实验分析了up-taper结构的束腰直径对包层模激发效率的影响,并对其弯曲传感特性进行了实验研究,得到了最高弯曲灵敏度为-12.95nm/m-1的实验结果。 4.提出了一种基于级联up-taper结构和偏芯熔接相结合的多波长、可开关、单纵模光纤激光器。通过调节偏振控制器,平衡腔内的偏振依赖损耗,实现了单波长、双波长、三波长相互切换的激光输出。同时,通过饱和吸收体对激光器纵模进行抑制,得到了3dB线宽为5.7KHz的单纵模激光输出。
【关键词】：模式干涉 可调谐激光器 无芯光纤 偏芯熔接 Up-taper
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212;TN248
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-12
• 1 绪论12-28
• 1.1 引言12-13
• 1.2 模式干涉仪的发展及研究现状13-22
• 1.2.1 基于多模光纤模式干涉仪的发展现状14-16
• 1.2.2 基于偏芯熔接结构的模式干涉仪的发展现状16-19
• 1.2.3 基于光纤熔融拉锥或up-taper结构的模式干涉仪的研究现状19-21
• 1.2.4 基于光子晶体光纤的模式干涉仪的研究现状21-22
• 1.3 波长可调谐光纤激光器的发展现状22-23
• 1.4 模式干涉效应在激光器中的应用现状23-24
• 1.5 本论文的主要研究工作24-28
• 2 基于模式干涉效应的光纤器件的理论分析28-52
• 2.1 引言28
• 2.2 光波导模式耦合理论28-36
• 2.2.1 光波导的电场分布理论30-32
• 2.2.2 多层光波导的理论分析32-34
• 2.2.3 突变光波导理论34-36
• 2.3 基于无芯光纤的多模干涉理论36-39
• 2.4 无芯光纤多模干涉仪的自成像效应39-45
• 2.4.1 平面波导的自成像点计算40
• 2.4.2 无芯光纤自成像理论40-43
• 2.4.3 自成像效应的仿真43-44
• 2.4.4 传输长度对透射谱带宽的影响44-45
• 2.5 无芯光纤参数对耦合系数的影响45-50
• 2.5.1 无芯光纤半径对模式有效折射率的影响46
• 2.5.2 无芯光纤半径对耦合系数的影响46-48
• 2.5.3 外界折射率对耦合系数的影响48-50
• 2.6 小结50-52
• 3 基于多模干涉效应的光纤传感器及可调谐光纤激光器52-80
• 3.1 引言52
• 3.2 无芯光纤多模干涉仪的传感特性分析52-65
• 3.2.1 温度响应特性53-55
• 3.2.2 曲率响应特性55-59
• 3.2.3 应力响应特性59-61
• 3.2.4 折射率响应特性61-64
• 3.2.5 无芯光纤长度对滤波带宽的影响64-65
• 3.3 基于多模干涉仪的可调谐光纤激光器65-69
• 3.3.1 不同长度的干涉仪的折射率响应特性比较65-66
• 3.3.2 可调谐光纤激光器的设计66-69
• 3.4 基于多模干涉仪的双波长光纤激光器69-77
• 3.4.1 保偏光纤Sagnac环的透射谱理论分析69-72
• 3.4.2 保偏光纤Sagnac环的透射谱72-74
• 3.4.3 多模干涉仪与Sagnac环相结合的透射谱74-75
• 3.4.4 可调谐双波长光纤激光器75-77
• 3.5 小结77-80
• 4 基于偏芯熔接型模式干涉仪的可调谐光纤激光器80-104
• 4.1 引言80
• 4.2 偏芯熔接结构的模式干涉理论80-88
• 4.2.1 各模式的耦合系数82-83
• 4.2.2 纤芯偏移量对耦合系数的影响83-85
• 4.2.3 旋转角度对耦合系数的影响85-88
• 4.3 偏芯熔接型模式干涉仪的传感特性88-96
• 4.3.1 弯曲响应特性89-91
• 4.3.2 振动响应实验91-96
• 4.4 基于偏芯熔接型模式干涉仪的可调谐光纤激光器96-102
• 4.4.1 与保偏光纤Sagnac环相结合的滤波特性96-98
• 4.4.2 可调谐、可开关光纤激光器98-102
• 4.5 小结102-104
• 5 基于up-taper结构的多波长、可开关、单纵模光纤激光器104-124
• 5.1 引言104
• 5.2 Up-taper结构的模式耦合理论104-106
• 5.3 Up-taper结构与偏芯熔接相结合的模式干涉仪106-109
• 5.3.1 单个up-taper结构的输出特性106-108
• 5.3.2 级联up-taper结构的透射光谱108-109
• 5.4 Up-taper型模式干涉仪的传感特性109-113
• 5.4.1 弯曲传感响应特性110-112
• 5.4.2 温度响应特性112-113
• 5.5 基于up-taper结构的多波长、可开关、单纵模光纤激光器113-123
• 5.5.1 激光器实验114-116
• 5.5.2 可开关的激光输出特性116-119
• 5.5.3 多波长激光输出119-120
• 5.5.4 单纵模激光输出特性120-123
• 5.6 小结123-124
• 6 总结与展望124-128
• 6.1 本论文的研究成果124-125
• 6.2 下一步拟开展的研究工作125-128
• 参考文献128-142
• 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果142-146
• 学位论文数据集146

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 徐乐;韩伟娜;王鹏;王素梅;;Hybrid Mach-Zehnder interferometric sensor based on two core-offset attenuators and an abrupt taper in single-mode fiber[J];Chinese Optics Letters;2014年07期

2 陈卫国;娄淑琴;王立文;简水生;;Novel modal interferometer based on ring-core photonic crystal fiber[J];Chinese Optics Letters;2010年10期

3 陈智浩,彭江得,顾东华,郑小平,周炳琨;Biconical Fiber Sensor Using Wavelength Modulation[J];Tsinghua Science and Technology;1998年03期

4 王涛;桑新柱;颜玢玢;艾琪;李妍;陈笑;张颖;陈根祥;宋菲君;张霞;王葵如;苑金辉;余重秀;肖峰;Alameh Kamal;;Tunable microwave signal generation based on an Opto-DMD processor and a photonic crystal fiber[J];Chinese Physics B;2014年06期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 彭万敬;基于新型全光纤滤波器的可调多波长稀土掺杂石英基光纤激光器研究[D];北京交通大学;2014年

  本文关键词：模式干涉型光纤传感器以及可调谐、单纵模光纤激光器的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：271550