摘要：空芯光纤气体激光器已逐渐发展为一种重要的中红外激光光源,在实验上取得了良好进展,但现有的基于传统速率方程模型的理论设计方法仍不完善.本文提出了一种溴化氢(HBr)空芯光纤的振动热池建模方法,该模型可充分考虑空芯光纤气体激光器内振转弛豫对腔内增益特性的影响,计算显示激光斜效率、阈值和瓶颈效应与实验吻合良好.此外,基于该模型,本文探讨了脉冲泵浦的光子泄漏现象,通过引入泄漏因子,得到了与实验结果接近的脉冲波形的弛豫振荡和激光斜率效率,有效解决了脉冲泵浦模型中的泵浦溢出问题.本研究提出的振动热池理论模型可适用于各类气体填充的空芯光纤气体激光器.

摘要：为了解决现有提高光纤双折射率方法中光纤结构复杂、制造难度大的问题,设计了一种具有高双折射特性的空芯反谐振光纤。光纤的包层由包层环、4个半管及半管内嵌套的1对小圆组成。采用有限元法分析了光纤的结构参数对其双折射、传输损耗、限制损耗及吸收损耗的影响。仿真结果表明:改变半管直径对双折射的影响较小;通过调整光纤中水平方向与垂直方向半管的厚度差异,可以使光纤获得高双折射,在0.25 THz的宽频率范围内,双折射率大于1.5×10^(-4),同时保持传输损耗小于10 dB/m。

摘要：通过仿真模拟设计了一种低损耗紫外空芯反谐振光纤。首先,基于有限元法,建立了紫外空芯反谐振光纤的理论模型。其次,通过调整光纤反射层和空气填充比例等参数,并采用反谐振效应控制光的传播和反射,进一步优化了光纤的性能和损耗值。最后,采用有限元法对设计的紫外空芯反谐振光纤进行仿真计算,可得光纤在传输波长为375nm时取得最小传输损耗,为0.00326dB/m,对应的在弯曲半径为5cm时的弯曲损耗为0.00625dB/m,并具有高效率和稳定的模式输出。该研究为开展紫外空芯反谐振光纤的高性能仿真设计提供了重要的参考和指导,并为实际应用提供了更多可能性。

摘要：波导式光学吸收腔在气体和液体浓度测量等领域有广泛的应用前景。空芯光纤作为光学吸收腔具有很多优点。空芯光纤的参数与传感系统的性能有直接的关系。提出了一种能同时考虑空芯光纤的损耗和系统信噪比的数学模型。从理论上分析了光纤的长度、内径、目标气体浓度以及输入光场能量分布等因素对传感系统信号输出强度和灵敏度的影响。给出的最优化参数为提高系统灵敏度和补偿系统误差提供了参考。

摘要：长波红外量子级联激光器(QCL)具有波长设计灵活、体积小、寿命长等优点。目前单横模QCL较低的输出功率(1~3 W)是限制其应用的主要因素。光纤功率合束技术是提升输出功率的有效手段。然而由于长波红外波段缺少低传输损耗的玻璃光纤,使得高效率长波红外光纤功率合束的实现难度很大。本文研究了基于低损耗单模空芯光纤的长波红外激光功率合束技术。针对基横模长波红外QCL有源区尺寸大、发散角大的特点,设计了大数值孔径扩展光源双非球面准直镜,有效提高了单模光纤耦合效率。设计制备了无端面损耗的长波红外单模光纤束,光纤传输效率高达91.2%,实现了7.6~7.8μm波段QCL的高效率合束。当4个长波红外QCL的输出总功率为2.27 W时,采用所设计的光纤耦合光学系统及制备的4×1单模空芯光纤合束器获得了1.5 W的连续输出,总合束效率为66%。此外,测量得到单根单模长波红外光纤耦合输出光的光束质量因子M~2为1.2,光强分布和光束质量因子均优于QCL的直接输出激光,说明空芯单模光纤具有一定的非高斯光束模式净化作用。合束光束的传输质量因子为2.6,依然具有较好的光束质量。本文所研究的光纤合束方式对QCL的输出波长、偏振态均不敏感,且具有良好的可扩展性。实验结果表明,此方式可有效解决长波红外QCL单元器件输出功率偏低的问题。

摘要：提出一种根据实验测量的损耗谱曲线,通过曲线拟合等方法获得空芯光纤中介质层薄膜材料色散性质的方法,并使用此方法得到了数种空芯光纤中常用的介质层材料在可见光与近红外区域的色散柯西公式。将得到的介质层材料色散引入到空芯光纤传输损耗谱的理论计算中之后,相对于不考虑材料色散或者使用文献中提供的色散数据进行计算的结果,理论计算结果能更好地符合实验测量结果,从而能够在理论上更加准确地预估空芯光纤在可见光与近红外区域的低损耗窗口的位置。所获得的材料色散柯西公式对于空芯光纤的高性能化设计有重要的辅助作用。

摘要：研发了红外波段吸收式气敏传感空芯光纤.空芯光纤的内面镀有银膜和介质膜,在目标波长提高反射率从而降低损耗.银膜和介质膜分别采用化学银镜反应法和液相镀膜法成膜.优化介质膜的材料和膜厚,光纤在可见光到中红外波段实现了低损耗特性.空芯光纤不仅可以用作气体传感的光吸收气室,而且也可用作红外光的传输媒介.初步实验结果显示这种空芯光纤可以替代普通的气体吸收气室,实现传感系统小型化.

摘要：拉曼光谱技术具有多组分同时探测、分析周期短和非接触等特点,被应用于多个领域,但是由于较低的探测灵敏度,限制了拉曼光谱技术的发展。针对提高拉曼光谱技术对气体探测灵敏度问题,本文设计并搭建了一套基于空芯光纤气体拉曼光谱增强系统,开展了空芯光纤拉曼光谱系统和后向散射拉曼光谱实验系统对比实验研究。实验结果表明,空芯光纤对信号、背景和噪声都具有放大效果,以空气中氮气和氧气为探测物质,与后向拉曼光谱信号相比,在相同探测时间情况下,信号强度增强60倍以上,信噪比增强约6倍;在相同探测强度情况下,探测时间仅为后向散射的1/60,噪声为后向散射拉曼系统的1/2。

摘要：设计制作了多种空芯光纤探头,搭建了基于傅里叶变换红外光谱仪的遥测系统.实验结果表明,采用锥形耦合光纤为接收光纤的探头具有17.6%的高效系统传输效率.对聚碳酸酯、聚偏二氟乙烯等有机物和无水乙醇、甲苯等有机溶剂薄膜的光谱进行测量,得到了遥测光谱.根据甲苯在1605 cm-1波数的特征峰对甲苯/乙醇混合溶液中的甲苯浓度进行定量遥测分析.配置浓度在5%～50%的多份混合溶液用于建立定量模型,并独立检验.结果显示检验的预测均方根误差(RMSEP)为3.356,参考值和预测值的相关系数为0.9200.初步实现了对薄膜、混合溶液等进行红外特征谱的遥测.

摘要：基于食用油质量检测背景,使用内表面镀银空芯光纤作为传感腔,设计和搭建了食用油和煎炸油拉曼光谱检测系统。对系统的拉曼散射光强进行了理论建模,通过理论仿真与实验数据讨论了空芯光纤长度的优化。使用系统对常见食用油和小吃摊油进行了拉曼光谱采集与分析,引入了衡量油脂不饱和度的参数I3005/I2897。对某品牌大豆油的不饱和度参数采集实验发现,该油样不饱和度参数随煎炸时长增加明显降低。提供了一种灵敏高效的检测系统,可实现食用油和煎炸油结构分析及油脂不饱和度评估,拉曼光谱特征峰清晰尖锐,为样品的结构分析提供了有效手段,可应用于食品安全检测领域。