光纤光学（精选四篇）
光纤光学 篇1
柱矢量光因其对称的强度特性和偏振特性而备受关注,其对称特性可运用于光镊、表面等离子共振及材料加工等方面[1,2,3]。如何产生柱矢量光,包括径向偏振的TM01模以及角向偏振的TE01模,成为研究的热点。产生柱矢量光的方法主要有两种:一种是腔外法(被动法),另一种是腔内法(主动法)[4]。腔外法主要由空间光调制器、波片和其他一些空间光单元来产生具有对称偏振特性的空间光束[5,6]。腔内法利用双折射单元或少模光纤光栅作为模式选择单元以实现对光纤器件中(如少模光纤长周期光栅和少模FBG(光纤布拉格光栅))高阶模式的选择[7,8]。
用特殊的机械夹具对少模光纤长周期光栅施加机械拉力可以将LP01模有效地转换成LP11模[7],但该方法不仅使实验系统变得更加庞大,而且可能造成光纤损伤。少模FBG在其传输方向上的光敏纤芯中折射率呈周期性调制,因而具有高效、低成本和全光纤等优点[8]。光栅中前向传输和后向传输的模式满足相位匹配关系时,该波长的光能量会干涉加强,而光纤的模场特性由纤芯的折射率分布所决定。在实际中所使用的光纤也会由于弯曲效应或者写制光栅时紫外曝光而引起纤芯折射率分布不均匀。由于高阶模的激发效率和转换效率决定了柱矢量光的产生效率,研究具有特殊折射率分布的少模光纤以提高柱矢量光的纯度十分必要。
本文研究了U型折射率分布的光纤以及尾纤弯曲的少模FBG,从理论上研究了三维折射率分布不均匀的少模光纤光栅的反射谱,通过实验测试了四模FBG在尾纤处于不同的弯曲半径下的反射谱,通过弯曲可以实现高阶模的有效激发与控制。
1 非均匀折射率分布的少模光纤光栅的模场调控特性
1.1 U型折射率分布少模光纤
图1和图2分别为U型折射率分布少模光纤的结构参数和在1 550nm波段下光纤的模场分布情况。图1中,n1为环内折射率,n2为环折射率,n3为包层折射率;r1为环内半径,r2为环半径。从图中可以发现,LP11模被限制在高折射率环中,且基模的光场强度非常弱。因此,结合适当的泵浦方法,U型折射率分布少模光纤可以用来抑制基模并激发LP11模,实现柱矢量光束光纤激光器的高阶模选模功能。
注:LP01模式由正交(a)、(b)线偏振HE11模组成;LP11模式由(c)角向偏振TE01模、(d)、(e)相互正交的混合偏振HE21模以及(f)径向偏振TM01模组成。
1.2 弯曲的少模光纤
利用马库斯公式可以计算出弯曲光纤的折射率为n′=n(1+x/r),式中,n为纤芯或包层折射率,x为光纤横截面坐标,r为弯曲半径[9]。表1和表2分别给出了在不同弯曲半径下二模光纤(归一化频率V=4.6,当弯曲半径为4cm时,只有最低阶的LP01模和LP11模存在)和四模光纤(归一化频率V=6.08,当弯曲半径为4cm时,只有4个低阶模(LP01,LP11,LP21,LP02)存在)的模场分布特性。当弯曲半径减小时,高阶模损耗而低阶模得以保留。因此,较小的弯曲半径能抑制高阶模,保留基模或低阶模,光纤中存在的模式数随着弯曲半径的减小而减少。
注:R表示保留;BD表示开始耗散;D表示完全耗散。
2 少模FBG的光谱特性
2.1 理论研究
少模FBG的反射光谱由各模式的耦合过程所决定。模式耦合的强度由交叠积分决定,式中,ekt(x,y)和ejt(x,y)分别为模式k和j的归一化电场。光栅的谐振波长由相位匹配公式βk-βj=2π/Λ所决定,式中,βk、βj和Λ分别为模式k、j的传播常数和光栅周期[10]。在FBG中,当正向传输与反向传输的模式满足相位匹配条件时,这两个模式会发生耦合。如果正向和反向传输为同一模式,则发生自耦合,此时相位匹配公式可化简为λB=2neffΛ,式中,λB为谐振波长,neff为模式的有效折射率;当正向和反向传输为不同模式时,则发生互耦合,此时相位匹配公式可简化为λB=(neff,1+neff,2)Λ。
2.1.1 二模FBG的反射谱特性
二模FBG周期为533nm,图3所示为不同模式功率比下二模FBG的波导色散曲线和反射谱。3个反射峰值表示各模式的自耦合以及LP01模与LP11模的互耦合。各峰值的高度与各模式的强度比例有关,当某一模式功率比重增加时,其自耦合的反射峰值增大。
2.1.2 四模FBG的反射谱特性
四模光纤的归一化频率V=6.08,其光栅周期为533nm。四模FBG的反射谱如图4所示,共有10个峰值(4个自耦合峰和6个互耦合峰)。
2.2 实验结果与分析
图5所示为采用紫外曝光法自制的两种(阶跃和渐变)少模FBG的反射谱,通过光谱分析仪Yokogawa AQ6370C测试阶跃四模FBG和渐变四模FBG的光谱,其中光栅周期为533nm。
图6所示为阶跃二模FBG的透射谱,插图为NIR-CCD(CinCam IR)所拍摄的3个谷值波长附近的模斑测试图。3个谷值波长附近发生的耦合效应分别为:(1)LP01模的自耦合1 551.54nm;(2)LP01模和LP11模的互耦合1 550.90nm;(3)LP11模的自耦合1 549.79nm。在插图(3)中,由于LP01模被光栅反射,只有LP11模透射过布拉格光栅。由于光纤光栅的折射率分布不均匀,LP11模的场分布呈非对称的两瓣分布,而不是圆环状。当透射谱波长处于LP01模的自耦合波长时,在二模FBG的透射端可以得到柱矢量光。
图7所示为对阶跃四模FBG尾纤进行弯曲时其透射谱的变化情况,其中弯曲半径R1<R2<R3<R4<R5<R6。通过错位熔接法激发高阶模,少模FBG反射谱中存在多个反射峰。随着曲率半径的减小,反射谱中峰值的个数也逐渐减少。当弯曲半径为R1时,仅有基模被激发,反射谱中仍然存在多个反射峰,这是由于刻写光栅时引入的横向折射率不均匀会导致基模的能量耦合至其他模式中。如果继续减小弯曲半径,光栅的反射谱中将不会存在任何反射峰,由此验证了本文的理论分析,即通过减小弯曲半径,高阶模式将会损耗,留下较为低阶的模式。弯曲的四模FBG可用于实现全光纤柱矢量光束的产生[11]。
3 结束语
通过实验研究了非均匀折射率分布的少模光纤光栅的模场特性。采用U型折射率少模光纤作为高阶模选择单元,通过调节泵浦的功率分布可以产生柱矢量光束;弯曲给少模光纤带来折射率非均匀的特性,可以通过减小曲率半径来有效实现少模光纤内的模式控制;对于少模光纤光栅而言,其反射峰数目随曲率半径的减小而减少。基于折射率分布特性设计的少模光纤,可以实现高阶模的激发与控制,以灵活的方式实现全光纤柱矢量光束激发。本文得到了弯曲所致的折射率分布非均匀性对光纤模场以及对FBG传输特性的作用规律,相关理论与实验研究结果将推动当前柱矢量光的研究进展。
参考文献
[1]Kozawa Y,Sato S.Optical trapping of micrometersized dielectric particles by cylindrical vector beams[J].Opt Express,2010,18(10):10828-10833.
[2]Chen W,Zhan Q.Realization of evanescent Bessel beam via surface plasmon interference excited by a radially polarized beam[J].Opt Letters,2009,34(6):722-724.
[3]Meier M,Romano V,Feurer T,et al.Material processing with pulsed radially and azimuthally polarized laser radiation[J].Applied Physics A,2007,86(3):329-334.
[4]孙彪,许立新,王安廷,等.基于FMFBG的全光纤轴对称偏振光束激光器[J].量子电子学报,2014,31(4):412-418.
[5]Yan L,Hu G,Xiao J,et al.Characteristic analysis of two-mode fiber Bragg grating[J].App Physics B,2014,117(4):1221-1228.
[6]Ali M M,Jung Y,Lim K,et al.Characterization of mode coupling in few-mode fiber Bragg gratings with selective mode excitation[J].IEEE Photon Tech Letters,2015,27(16):1713-1716.
[7]Zhao Y H,Liu Y Q,Zhang L,et al.Mode converter based on the long-period fiber gratings written in the two-mode fiber[J].Opt Express,2016,24(6):6186-6195.
[8]Sun B,Wang A T,Xu L,et al.Low-threshold singlewavelength all-fiber laser generating cylindrical vector beams using a few-mode fiber Bragg grating[J].Opt Letters,2012,37(4):464-466.
[9]Marcuse D.Curvature loss formula for optical fiber[J].Journal of Optical Society of America A,1976,66(3):216-220.
[10]Wu C,Liu Z Y,Chuang K M,et al.Strong LP01and LP11 Mutual Coupling Conversion in a Two-Mode Fiber Bragg Grating[J].IEEE Photonics Journal,2012,4(4):1080-1086.
光纤光学 篇2
摘要:针对光纤通信课程传统教学模式存在的不足，探索性地将OptiWave光学模拟方法引入到该课程的理论和实践教学中，并提出“数学推导+物理描述+光学模拟”的理论教学模式，以及“常规实验与光学模拟相结合”的实践教学模式。教学实践证明，将光学模拟方法引入到光纤通信课程教学中，能节约教学资源，激发学生学习兴趣，提高学生创新能力。
关键词:光纤通信;光学模拟;教学模式;能力培养
为适应信息化时代的需求，国内高校通信类专业基本上开设了光纤通信这门主干专业课程。光纤通信课程涉及的知识面非常广，学习这门课程之前，需要先修电磁场与波、光学、半导体材料与物理、通信原理、计算机网络、电子技术等课程。因此，该课程具有理论深度大、概念抽象、数学推导复杂、不易理解等特点，这就给该课程教学带来许多困难［1－3］。目前，光纤通信课程教学主要采用“理论+实验”的教学模式。对于理论教学，通常是采取课堂讲授的传统教学方法，主要讲解光纤通信技术的原理、概念、方法以及相关的数学推导等，教学过程中通常只涉及到纯理论讲授，这使得学生学习起来感觉很枯燥，对理论知识理解不透彻，并逐渐失去学习兴趣，从而导致理论教学效果不佳。对于实验教学，除少部分条件好的高校外，大部分高校受经费限制，仅仅按照课程教材在定制的光纤实验箱上开设少许验证性实验，缺乏设计、应用和创新性等实践环节，这不利于培养学生专业技能。基于此，本文探索性地将OptiWave的光学模拟软件引入到光纤通信课程的理论和实践教学中。在讲授理论知识的同时，利用OptiWave中的各种模拟仿真使复杂抽象的理论形象化、具体化，从而激发学生学习兴趣，帮助其理解和掌握光纤通信课程的相关理论知识;在实践环节教学中，利用OptiWave中的OptiSystem搭建各种光纤器件或系统，能有效地弥补固定实验箱或定制硬件实验中存在的不足，从而提高学生分析和解决问题的能力，进一步培养学生的实践创新能力。
1OptiWave光学模拟软件组成
OptiWave光学模拟软件主要包括OptiSystem(光通信系统与放大器设计软件)、OptiFiber(光纤设计软件)、OptiFDTD(时域光子学仿真软件)、OptiBPM(光学波导设计软件)、OptiGrating(集成光纤光栅设计软件)和OptiSPICE(光电子线路设计软件)等。OptiWave光学模拟软件最显著的特点是界面友好、操作方便、功能强大。用OptiSystem搭建的间接光调制激光器模型如图1所示。
2理论教学模式
光纤通信课程理论教学内容主要涉及到光纤通信导论、光纤的结构与导波特性、光器件及光波系统互联技术、光端机、模拟光纤通信系统、数字光纤通信系统、光纤通信新技术和光纤通信网络等，知识面非常广泛，包含较深的理论基础，整个理论体系中的公式或定理伴随着复杂抽象的概念和严格的数学推导证明，这给课程教学带来许多困难。鉴于这种情况，可以将“光学模拟”教学方法引入到课程理论教学中来。也就是说，在课程理论教学中，除了强调数学推导和物理概念描述相结合之外，对于复杂、抽象、理解困难的理论知识，利用光学模拟方法进一步解读。简单起见，关于数学推导和物理概念相结合的教学方法不再赘述，下面主要针对理论教学中的若干难点来说明如何在光纤通信理论教学中引入光学模拟。
2．1光器件模拟
在光纤通信理论教学中，无论是有源还是无源光器件，其宏观结构及原理不难讲解，学生也容易理解。然而，分析或测试光器件中的波传播、反射、散射、衍射、偏振以及非线性现象，将涉及非常复杂的数学推导和电磁场求解问题，如果仅仅通过理论讲解很难取得好的教学效果。对于这类问题，可以利用OptiWave的光学模拟软件OptiFDTD来加以解决。
2．2光波导模拟
众所周知，光波导是光纤通信的理论基础。也就是说，要学好光纤通信，必须掌握并理解光波导理论。然而，光波导理论涉及到许多复杂问题，如光场沿波导截面的分布规律，光场沿波导的传播规律，信号沿光波导传播时的衰减、畸变，光波导模式间的耦合，光纤中的非线性效应，光场偏振态沿光波导的演变规律，以及复矢量法解模式问题等。在理论教学中，对于这些复杂的问题，通常采用的分析方法有几何光学法、本地平面波法和波动光学法，其中，几何光学法为近似分析法，比较容易理解，但后两种方法，特别是波动光学分析法非常复杂，难以理解和掌握。为了帮助学生更好地理解光波导理论和波动光学分析法，可以将OptiBPM光波导模拟引入理论教学中。理论教学中，可用OptiBPM来模拟复杂的光波导以及这些波导中的光信号定向、耦合、开关、分波和复用/解复用。
2．3光纤和集成光栅模拟
光纤和集成光栅为光信号传输组件，是光纤通信系统组成的三大部分之一。从宏观角度，光纤的基本概念、结构及导光原理比较容易理解，但是，光纤的参数如截面尺寸、材料成分和折射率分布如何影响光纤的线性和非线性效应等光学性能问题则比较复杂，单纯从理论上讲解，学生难以理解透彻。对于光纤和集成光栅的.理论教学，可以引入OptiFiber和OptiGrating来模拟，利用OptiFiber模拟各种常用光纤并分析其光学性能，利用OptiGrating来模拟复杂的集成光纤光栅或波导光栅。
2．4光纤通信系统模拟
在光纤通信课程理论教学中，在讲授光纤通信系统时，通常按照“系统框架→系统模块→组件功能→光电子线路→光器件”这一线索进行讲解，基本上是通用光纤通信系统功能性描述，学生掌握系统及模块大体功能没有多大问题。然而，在系统规划、设计、应用及性能评估等方面的讲解，不能只依赖于理论讲授，还需要针对具体应用的光纤通信系统实例进行讲解。为解决这个困惑，可以引入OptiSystem帮助学生模拟具体应用的光纤通信系统。
3实践教学模式
专业主干课程的实践教学应是多层次实践教学，包括验证性实验、系统测试实验、综合性实验、自主开发研究性实验和应用性实验等。然而，在光纤通信课程实践教学过程中，由于受实验或实训条件的限制，国内大部分高校采用定制好的“光纤通信实验平台”或“光纤通信实验箱”进行实践教学。这种实践教学模式虽然能满足光纤通信基本原理的验证、部分光纤通信器件参数的测试和常规光纤通信系统的测试等，但对于复杂光器件测量、自主开发研究性和应用性等实验来说，这种教学模式就存在一定的缺陷。此外，采用定制的“光纤通信实验平台”或“光纤通信实验箱”，学生只需按照指导书的实验步骤简单操作，开发设计性环节非常有限，这很难激发学生做实验的兴趣，从而限制了学生创新能力的培养。为节省教学经费并弥补常规实验教学中的不足，可以将光学模拟实践方法引入到光纤通信课程实践教学中来，采用“常规实验+光学模拟”的实践教学模式。也就是说，对于原理性验证、简单参数测量等实验，在“光纤通信实验平台”或“光纤通信实验箱”上进行，而对于复杂光器件设计及测量、自主开发研究性和典型应用性等实验，采用OptiSystem软件进行模拟仿真。常规性实验在此不再赘述，下面主要通过实例来说明如何使用OptiSystem搭建及模拟典型的光纤通信系统。图2为基于OptiSystem搭建的一个10G单模光纤通信系统仿真模型。在搭建该模型时，首先要根据实验要求确定系统的功能框图，接着按照功能框图选取OptiSystem组件，如比特序列发生器、非归零脉冲发生器、直接调制激光器、复用器、光纤信道、掺铒光纤放大器(EDFA)、解复用器、光检测器和滤波器等，然后根据它们的关系将其关联起来，就可以完成仿真模型的搭建。接下来就是各个组件的参数设置→仿真执行→参数观测分析→参数调整→组件调整等，直到满足实验要求。限于篇幅，系统仿真结果不再给出。此外，在搭建系统模型过程中，当实验所需的组件在OptiSystem自带组件库里找不到时，可以用Matlab创建所需组件，然后进行OptiSystem与Matlab联合仿真。
4结语
光纤通信是通信类专业的主干必修课程，其理论性和实践性都很强。在该课程教学过程中，既要注重理论教学方法，也要强调实践教学方法，也就是说要两者并重。本文针对光纤通信传统教学模式存在的缺陷，将光学模拟方法引入理论教学和实际教学中，能够进一步激发学生的学习兴趣，培养学生的实践和创新能力，取得较好的教学效果。当然，光纤通信课程教学模式的改革与探索是一个长期的过程，只有把提高教学效果和培养学生综合能力作为衡量课程改革和探索的标准，才能把握其正确方向。
参考文献:
［1］黄永清，陈雪，李蔚，等．“光纤通信”课程的教学改革［J］．电气电子教学学报，，32(6):12－13．
［2］李永倩，张淑娥．“光纤通信原理”课程实验教学内容研究［J］．中国电力教育，2010(6):129－130．
光纤陀螺用光学器件的匹配优化 篇3
关键词： 光纤陀螺； 器件参数匹配； 对轴误差
中图分类号： TN253文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.03.006
Abstract： Based on the characteristics of assembly of fiber optic gyro using discrete optical device， we discuss the influence on the accuracy of fiber optic gyro in the aspects of fiber type matching， loss matching， and polarization matching. We give ideal matching parameters of the device of fiber optic gyro and the optimization of shaft precision when polarization pigtail is connected. It increases the consistency of the fiber optic gyro production， and ensures batch stability， reproducibility and the performance of fiber optic gyroscope.
Keywords： fiber optic gyroscop； parameter matching； shaft error
引言光纤陀螺是基于Sagnac效应的光学角速率传感器，目前光纤陀螺的光学表头是根据系统任务要求进行设计，再按光学表头的设计要求提出每个光学器件的参数指标，光学表头的生产则采用分立光学器件组装生产的模式。分立光学器件的指标参数一般采用降额设计，并有一定的区间范围。由于不同的器件由不同厂商生产、筛选、提供，导致几个分立的光学器件组装成的光学表头的一致性低，同批次内光纤陀螺的性能差异大。为提高光纤陀螺批量生产的一致性、保证批次稳定性、重复性，需要对光纤陀螺用光学器件进行匹配优化。光学器件的匹配优化包括光学器件指标参数的匹配和光学器件的保偏尾纤连接时的对轴精度的优化，这些都是影响光纤陀螺输出特性的重要因素，也是提高光学陀螺实际性能的关键。本文从光纤类型匹配、损耗匹配、偏振特性匹配几个方面介绍了光纤陀螺用光学器件的匹配优化措施。1光纤陀螺基本结构类型匹配最常见的也是被大多数厂家和单位采纳的光纤陀螺基本结构[1]如图1所示，由光学表头和电路两部分组成。光学表头由光源、光波导、耦合器、光纤敏感器、探测器组成，光学表头是敏感角速度的关键，是光纤陀螺的核心部分。目前光纤陀螺的光学表头均采用全光纤固态结构。光学表头的光路是通过光学器件的尾纤熔接连接来实现的，为保证光波传输特性，避免引入附加的损耗和误差，并保证熔接点的强度，光学器件所用尾纤的结构、类型、特征参数需保持一致。
根据光纤陀螺采用的全保偏、退偏等方案的不同，器件的尾纤类型也具有差异，但是相连接器件的尾纤最好保证类型一致。有些方案中，光源与耦合器、耦合器与光波导、光波导与光纤敏感器、耦合器与探测器之间的尾纤有单模、多模等，光纤类型不一致，但是需保证其他的特征参数一致。光纤类型包括单模光纤、保偏光纤、光子晶体光纤等，目前主流的光纤陀螺采用的光纤类型主要为单模光纤和熊猫型保偏光纤。光纤特征参数有包层直径、涂覆层直径、包层不圆度、芯/包层同心度误差、包层/涂覆层同心度误差等几何参数以及截止波长、数值孔径、模场直径等光学参数。在保证截止波长略小于光纤工作波长的情况下，影响光路连接的主要光纤特征参数为包层直径、芯/包层同心度误差、数值孔径和模场直径。典型的光纤特征参数不一致表现是包层80 μm保偏（PM）光纤与包层125 μm保偏光纤的熔接，除了包层直径不同，其数值孔径、模场直径等均不一致。经同一厂家125 μm保偏光纤与125 μm、80 μm保偏光纤的熔接测试，得到熔接点损耗和所能承受的拉力如表1所示。因此几个器件之间通过选用同一厂家、同一型号的光纤来实现光纤类型匹配。2损耗匹配光纤陀螺中，光源的信号经过光路产生干涉，再经光纤耦合器后由探测器转换为电信号，然后由信号处理电路进行处理，获取输入的角速度。光纤陀螺对干涉信号进行处理的过程中会产生散粒噪声、热噪声和量化噪声。其中散粒噪声是光纤陀螺的一种基本噪声源，构成了干涉式光纤陀螺的基本测量极限，因而增加探测器接收功率和提高光路系统信噪比是减小散粒噪声的主要技术途径[24]。为了使光纤陀螺达到必要的精度，并保证同批次每只光纤陀螺精度的一致，到达每只光纤陀螺探测器上的光功率值必须满足一定要求并尽量一致。到达探测器的光功率由光源功率和光路损耗以及探测器的响应度决定。光路损耗包括熔接点损耗和每个光学器件的插入损耗，光纤陀螺光路各环节产生的总损耗值为L=L0+2×L1+2×L2+L3（1）式中：L0为各熔接点总损耗；L1为光波导插入损耗；L2为光纤耦合器插入损耗；L3为光纤敏感器插入损耗。因此，同批次光学器件应该光源高功率与光路高损耗匹配，光源低功率与光路低损耗匹配，这样可使到达探测器的功率值尽量接近一致，分立的光学器件根据以上原则进行参数匹配。光学器件在装配之前需进行常温关键参数复测，根据复测结果将光源按光功率P0大小分为高、中、低三档，光波导、耦合器、光纤敏感环按插入损耗大小也分为高、中、低三档，装配生产中按表2进行光学表头的分立光学器件匹配。在以往的光纤陀螺生产过程中，由于器件随机领取未进行参数匹配，装配好的光纤陀螺的总损耗值分布在较大的范围内，陀螺同批次的参数一致性差，表3为已装配完成的100只光纤陀螺总损耗值的统计结果。
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光纤熔接点损耗L0是两根光学器件尾纤连接时带来的损耗，待熔接两根光纤X方向的偏移、Y方向的偏移、光纤端面的倾斜角θ、光纤的距离都会带来损耗，因此需要对光纤熔接机进行合理的参数设置，保证两根光纤纤芯在X、Y方向的严格对准，以及两根光纤切割端面的倾斜角在1°以内，以此保证单个熔接点的损耗L0小于0.1 dB。3偏振特性匹配目前的光纤陀螺大多采用保偏方案，可以在很大程度上解决光纤陀螺的信号衰减和非互易性偏振误差问题，并成为目前中、高精度光纤陀螺的最佳选择方案。保偏光纤陀螺采用的是保偏光纤线圈，而保偏光纤连接时的对轴误差带来的偏振交叉耦合，是影响光纤陀螺输出误差的重要因素[5]。在整个光纤陀螺光路中有五个光纤熔接点，其中影响光纤陀螺输出的主要是集成光波导与保偏光纤线圈的熔接点的对轴误差，因此必须保证严格对轴。暂不考虑光学器件本身的附加损耗以及光波偏振态的影响，并假设其他熔接点对轴是理想的，波导与线圈的两个熔接点对轴误差为θ1和θ2，达到探测器的光纤陀螺的输出误差[6]为Δφ<2ε21+1-d1+d·tanθ1·tanθ21+tan2θ1·tan2θ2（2）式中：d为光波偏振度；ε为波导集成芯片的振幅抑制比。由此可见，输出误差是随着对轴角度的增加以更大的速率增加。利用一个实际的闭环光纤陀螺，测试波导与线圈的两个熔接点的对轴误差θ1、θ2的变化对光纤陀螺零偏稳定性的影响。测试内容：对轴误差θ2保持0°固定不变，对轴误差θ1分别从0°、5°、10°、20°、30°、45°组装成光纤陀螺单表，测试1 s和100 s平滑的零偏稳定性，结果如图2所示。由于光纤陀螺结构的互易性，θ1不变，θ2变化对光纤陀螺的零偏稳定性产生的影响是一样的，现用上述试验的同一只陀螺进行验证，使对轴误差θ1为0°且固定不变，对轴误差θ2从0°、5°、10°、20°、30°、45°变化，测试1 s和100 s平滑的零偏稳定性，结果如图3所示。从图2、图3可见，由于光纤敏感器绕制工艺所限，本身光学上的非严格对称性，所以同样的角度误差造成的零偏稳定性值略有差异，但是变化规律相似。由于θ1、θ2中任意一个变化都会对光纤陀螺的零偏稳定性产生很大影响，因此必须保证对轴精度。通过对熔接机设置及熔接同时对消光比参数进行监控测试等方法，可以保证对轴熔接角度误差在±1°
4结论通过对光学器件指标参数的匹配和光学器件的保偏尾纤连接时的对轴精度的优化，提高了光纤陀螺批量生产的一致性，保证了同批次产品的稳定性、重复性，确保了光纤陀螺实际性能，为今后光纤陀螺的批量生产提供了有效的参考。参考文献：
[1]LEFEVRE H C.光纤陀螺仪[M].张桂才，王巍，译.北京：国防工业出版社，2002：133134.
[2]张桂才.光纤陀螺原理与技术[M].北京：国防工业出版社，2008：195196.
[3]习成献，吕鑫伟，姜辉.干涉式光纤陀螺控制器的设计与仿真[J].光学仪器，2011，33（5）：5659.
[4]PAVLATH G A.Method for reducing random walk in fiber optic gyroscopes：US，5530545[P]，19960625.
[5]李志高，石文江，黄尚廉.保偏光纤的连接损耗和消光比分析[J].光学学报，1996，16（2）：189193.
[6]杨学礼，王学锋，张蔚，等.对轴误差对光纤陀螺输出的影响[J].光子学报，2009，38（7）：16581661.
（编辑：刘铁英）
光纤光学 篇4
Fiberlens系列专为高功率光纤激光器和碟片激光器设计,其特点是在具有极低吸收率的熔融硅石基底上,镀以高激光损伤阈值的膜系。 其极低的吸收率( 小于50ppm) ,可确保几千瓦级的光纤、碟片和YAG激光器拥有最高的切割质量。 低吸收率也使得Ophir光学产品能够避免热透镜效应和焦点漂移等现象,从而避免降低切削效率、质量和速度。
Ophir光学产品经理Inbar Yaffe介绍道:“ 我们引入了大功率的1 微米工业镜片,取得了巨大的成功。 ”“ 本地客户意识到,使用我们的Ophir 1 微米光学产品,他们可以实现更高水平的生产力。 ”
Ophir全系列1 微米镜片和保护窗镜产品涵盖了从用于切割纸板应用的低于2.5 千瓦功率激光器到用于切割金属和焊接的高达6~8 千瓦高功率激光器。