光纖環(huán)形腔中新型器件的特性、影響因素及應(yīng)用拓展研究一、引言1.1研究背景與意義隨著信息時代的迅猛發(fā)展，光通信、傳感等領(lǐng)域在現(xiàn)代科技體系中占據(jù)著愈發(fā)關(guān)鍵的地位，成為推動社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要力量。光纖環(huán)形腔作為光通信與傳感領(lǐng)域中的核心結(jié)構(gòu)，憑借其獨特的光學(xué)特性和靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在眾多關(guān)鍵技術(shù)中發(fā)揮著不可替代的作用。在光通信領(lǐng)域，隨著互聯(lián)網(wǎng)流量的指數(shù)級增長以及5G、6G等新一代通信技術(shù)的快速推進(jìn)，對高速、大容量、低延遲的光通信系統(tǒng)的需求極為迫切。光纖環(huán)形腔能夠?qū)崿F(xiàn)光信號的高效循環(huán)傳輸，可用于構(gòu)建各類高性能的光通信器件，如光纖環(huán)形激光器、光濾波器、光開關(guān)等。光纖環(huán)形激光器作為一種重要的光源，具有窄線寬、高穩(wěn)定性和良好的波長可調(diào)諧性等優(yōu)點，在長距離光纖通信、高速光互連以及光時分復(fù)用系統(tǒng)中，可作為穩(wěn)定的光源，為實現(xiàn)高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸提供了關(guān)鍵支持。光濾波器基于光纖環(huán)形腔的干涉效應(yīng)，能夠?qū)μ囟úㄩL的光信號進(jìn)行精確篩選和濾波，有效提高了光通信系統(tǒng)的頻譜利用率和信號傳輸質(zhì)量，為密集波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展提供了重要保障。在傳感領(lǐng)域，光纖傳感器因其體積小、重量輕、靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等獨特優(yōu)勢，在工業(yè)監(jiān)測、生物醫(yī)學(xué)檢測、環(huán)境監(jiān)測、航空航天等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。光纖環(huán)形腔傳感器利用光在環(huán)形腔內(nèi)的傳播特性對外部物理量的變化極為敏感，能夠?qū)囟?、壓力、?yīng)變、磁場、生物分子濃度等各種被測量的微小變化轉(zhuǎn)化為光信號的變化，從而實現(xiàn)高精度的傳感測量。在工業(yè)生產(chǎn)中，可用于實時監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患，保障生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可實現(xiàn)對生物分子的高靈敏度檢測，為疾病的早期診斷和治療提供有力支持；在環(huán)境監(jiān)測方面，能夠?qū)Υ髿馕廴疚?、水質(zhì)參數(shù)等進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測，為環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡提供重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。新型器件的不斷涌現(xiàn)為光纖環(huán)形腔的發(fā)展注入了新的活力，拓展了其應(yīng)用范圍和性能邊界。這些新型器件基于新穎的材料、結(jié)構(gòu)和物理原理，展現(xiàn)出了傳統(tǒng)器件所不具備的獨特優(yōu)勢和功能。新型的光子晶體光纖、微納光纖、石墨烯基光電器件等，它們具有特殊的光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)性能，能夠與光纖環(huán)形腔實現(xiàn)高效集成，形成具有更高性能和獨特功能的復(fù)合結(jié)構(gòu)。光子晶體光纖具有獨特的色散特性和高非線性系數(shù)，將其引入光纖環(huán)形腔中，可實現(xiàn)超寬帶的光信號傳輸和非線性光學(xué)效應(yīng)的增強(qiáng)，為光通信和光信號處理帶來新的機(jī)遇；微納光纖由于其微小的尺寸和特殊的光學(xué)性質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對光場的高度局域化和靈敏的環(huán)境感知，與光纖環(huán)形腔結(jié)合后，可制備出超緊湊型、高靈敏度的傳感器件，用于生物醫(yī)學(xué)檢測和微觀環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域；石墨烯基光電器件則憑借其優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)性能，如高載流子遷移率、寬帶光吸收等，在光纖環(huán)形腔中可實現(xiàn)高速光調(diào)制、光探測等功能，為光通信和光信息處理提供了新的技術(shù)手段。研究光纖環(huán)形腔結(jié)構(gòu)中置入新型器件的特性具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。從理論層面來看，新型器件與光纖環(huán)形腔的相互作用涉及到復(fù)雜的光學(xué)、電磁學(xué)和材料科學(xué)等多學(xué)科交叉領(lǐng)域的知識，深入研究這些特性有助于揭示新的物理現(xiàn)象和規(guī)律，豐富和完善光電子學(xué)的理論體系，為后續(xù)的研究和應(yīng)用提供堅實的理論基礎(chǔ)。通過對新型器件在光纖環(huán)形腔中的光場分布、傳輸特性、非線性光學(xué)效應(yīng)等方面的研究，可以進(jìn)一步拓展對光與物質(zhì)相互作用的認(rèn)識，為新型光電器件的設(shè)計和優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。從實際應(yīng)用角度而言，深入了解新型器件在光纖環(huán)形腔中的特性，能夠為開發(fā)高性能的光通信和傳感系統(tǒng)提供有力支持。通過優(yōu)化新型器件與光纖環(huán)形腔的集成結(jié)構(gòu)和參數(shù)，可以顯著提高光通信系統(tǒng)的傳輸容量、速度和可靠性，滿足不斷增長的信息傳輸需求；在傳感領(lǐng)域，基于新型器件特性的研究成果，可以開發(fā)出具有更高靈敏度、更寬測量范圍和更快響應(yīng)速度的光纖傳感器，實現(xiàn)對各種物理量和化學(xué)量的精確檢測和監(jiān)測，為工業(yè)自動化、生物醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的發(fā)展提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級和創(chuàng)新發(fā)展，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會效益。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在光纖環(huán)形腔結(jié)構(gòu)中置入新型器件特性的研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者均投入了大量的研究精力，取得了一系列豐碩的成果。在國外，眾多頂尖科研團(tuán)隊和知名高校在該領(lǐng)域開展了深入研究。美國的一些科研機(jī)構(gòu)在將光子晶體光纖融入光纖環(huán)形腔的研究中處于領(lǐng)先地位。他們通過精確設(shè)計光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)，如改變空氣孔的大小、間距和排列方式，深入探究其對光纖環(huán)形腔特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，特定結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖能夠顯著改變環(huán)形腔內(nèi)的光場分布，使光場更加集中在特定區(qū)域，從而增強(qiáng)非線性光學(xué)效應(yīng)。在利用光子晶體光纖的高非線性特性實現(xiàn)超連續(xù)譜產(chǎn)生方面取得了重要突破，通過合理調(diào)控光子晶體光纖在環(huán)形腔中的參數(shù)，獲得了覆蓋范圍極寬的超連續(xù)譜，為光通信中的多波長光源以及光信號處理中的寬帶光源提供了新的解決方案。在光通信領(lǐng)域，利用這種超連續(xù)譜作為光源，可實現(xiàn)更高速率、更大容量的光信號傳輸，有效提升光通信系統(tǒng)的性能；在光信號處理中，寬帶光源能夠滿足多種復(fù)雜信號處理的需求，為光計算、光存儲等新興技術(shù)的發(fā)展提供支持。歐洲的科研團(tuán)隊則在微納光纖與光纖環(huán)形腔集成的研究方面成果顯著。他們成功制備出尺寸精確可控的微納光纖，并將其巧妙地集成到光纖環(huán)形腔中，實現(xiàn)了對光場的高度局域化控制。通過對微納光纖表面進(jìn)行特殊的化學(xué)修飾，使其能夠?qū)μ囟ǖ纳锓肿赢a(chǎn)生強(qiáng)烈的吸附作用，從而開發(fā)出高靈敏度的生物傳感器。這種傳感器基于微納光纖在光纖環(huán)形腔中的獨特光學(xué)特性，能夠?qū)ι锓肿拥奈⑿舛茸兓a(chǎn)生明顯的光學(xué)響應(yīng)，實現(xiàn)對生物分子的高靈敏檢測。在生物醫(yī)學(xué)診斷中，可用于檢測疾病標(biāo)志物的微量存在，為疾病的早期診斷提供關(guān)鍵技術(shù)支持；在生物制藥領(lǐng)域，可用于監(jiān)測生物制藥過程中的分子變化，確保藥品質(zhì)量和安全性。國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)和高校在該領(lǐng)域也不甘落后，取得了眾多具有創(chuàng)新性和實用價值的成果。國內(nèi)學(xué)者在石墨烯基光電器件與光纖環(huán)形腔的結(jié)合研究方面取得了突破性進(jìn)展。他們通過化學(xué)氣相沉積等先進(jìn)技術(shù)，在光纖表面均勻地生長高質(zhì)量的石墨烯薄膜，制備出石墨烯-光纖復(fù)合結(jié)構(gòu)，并將其應(yīng)用于光纖環(huán)形腔中。利用石墨烯優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)性能，成功實現(xiàn)了對環(huán)形腔內(nèi)光信號的高速調(diào)制和高效探測。在光通信系統(tǒng)中，這種石墨烯基光電器件與光纖環(huán)形腔的結(jié)合，可大幅提高光信號的調(diào)制速率和探測靈敏度，為實現(xiàn)高速、大容量的光通信提供了有力保障；在光傳感領(lǐng)域，基于石墨烯對某些氣體分子的特殊吸附和電學(xué)響應(yīng)特性，開發(fā)出了高靈敏度的氣體傳感器，能夠快速、準(zhǔn)確地檢測環(huán)境中的有害氣體濃度，為環(huán)境保護(hù)和工業(yè)安全監(jiān)測提供了重要手段。在基于光纖環(huán)形腔的新型傳感器研究方面，國內(nèi)科研人員通過巧妙設(shè)計環(huán)形腔的結(jié)構(gòu)和置入新型的敏感材料，成功開發(fā)出多種高性能的傳感器。利用特殊的納米材料作為敏感元件，結(jié)合光纖環(huán)形腔的高靈敏度特性，制備出了能夠同時精確測量溫度和應(yīng)變的雙參量傳感器。這種傳感器在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的應(yīng)用價值，例如在橋梁、建筑等大型基礎(chǔ)設(shè)施的健康監(jiān)測中，可實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的溫度和應(yīng)變變化，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，保障基礎(chǔ)設(shè)施的安全運行；在航空航天領(lǐng)域，可用于飛行器結(jié)構(gòu)的實時監(jiān)測，確保飛行安全。盡管國內(nèi)外在光纖環(huán)形腔結(jié)構(gòu)中置入新型器件特性的研究取得了諸多成果，但仍然存在一些不足之處。在新型器件與光纖環(huán)形腔的集成工藝方面，目前的技術(shù)還不夠成熟，集成過程中容易引入額外的損耗和誤差，影響整個系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性和可靠性。在理論研究方面，對于新型器件與光纖環(huán)形腔相互作用的復(fù)雜物理機(jī)制，尚未形成完善的理論體系，一些實驗現(xiàn)象難以得到準(zhǔn)確的理論解釋，限制了對器件性能的進(jìn)一步優(yōu)化和提升。不同類型新型器件在光纖環(huán)形腔中的兼容性研究還相對較少，難以實現(xiàn)多種新型器件在同一環(huán)形腔結(jié)構(gòu)中的協(xié)同工作，限制了光纖環(huán)形腔功能的拓展和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本文深入研究光纖環(huán)形腔結(jié)構(gòu)中置入新型器件的特性，旨在全面揭示新型器件與光纖環(huán)形腔相互作用的規(guī)律，為光通信和傳感領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供堅實的理論基礎(chǔ)和實踐指導(dǎo)。具體研究內(nèi)容涵蓋以下幾個關(guān)鍵方面：新型器件特性深入剖析：針對光子晶體光纖、微納光纖、石墨烯基光電器件等新型器件，全面且深入地研究其在光纖環(huán)形腔中的光學(xué)特性。對于光子晶體光纖，著重探究其特殊的光子帶隙結(jié)構(gòu)和色散特性對環(huán)形腔內(nèi)光場分布和傳輸特性的影響。通過改變光子晶體光纖的空氣孔大小、間距和排列方式，精確調(diào)控光場在環(huán)形腔內(nèi)的傳播路徑和分布形態(tài)，深入分析不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下光場的變化規(guī)律，揭示光子晶體光纖與光纖環(huán)形腔相互作用的內(nèi)在機(jī)制，為實現(xiàn)高效的光信號傳輸和處理提供理論依據(jù)。對于微納光纖，重點研究其微小尺寸效應(yīng)和高倏逝場特性對環(huán)形腔傳感性能的影響。由于微納光纖的尺寸接近或小于光的波長，其表面的倏逝場與周圍環(huán)境的相互作用極為強(qiáng)烈，利用這一特性，研究微納光纖在光纖環(huán)形腔中對溫度、壓力、生物分子濃度等物理量的敏感響應(yīng)機(jī)制，通過優(yōu)化微納光纖的結(jié)構(gòu)和表面修飾，提高光纖環(huán)形腔傳感器的靈敏度和選擇性，拓展其在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用。對于石墨烯基光電器件，深入研究其寬帶光吸收、高載流子遷移率等特性在光纖環(huán)形腔中的應(yīng)用，以及對光信號調(diào)制和探測性能的提升。利用石墨烯與光的強(qiáng)相互作用，實現(xiàn)對環(huán)形腔內(nèi)光信號的高速、高效調(diào)制，通過優(yōu)化石墨烯與光纖的耦合方式和器件結(jié)構(gòu)，提高光信號的調(diào)制速率和調(diào)制深度，為高速光通信系統(tǒng)的發(fā)展提供關(guān)鍵技術(shù)支持；同時，基于石墨烯的高載流子遷移率，研究其在光探測方面的應(yīng)用，提高光纖環(huán)形腔探測器的響應(yīng)速度和探測靈敏度，滿足光通信和光傳感領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芄馓綔y器的需求。新型器件特性影響因素分析：深入研究新型器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料特性以及外界環(huán)境因素對其在光纖環(huán)形腔中特性的影響。在結(jié)構(gòu)參數(shù)方面，系統(tǒng)研究光子晶體光纖的空氣孔結(jié)構(gòu)、微納光纖的直徑和長度、石墨烯基光電器件的層數(shù)和尺寸等參數(shù)對光場分布、傳輸損耗、非線性光學(xué)效應(yīng)等特性的影響規(guī)律。通過數(shù)值模擬和實驗研究相結(jié)合的方法，建立結(jié)構(gòu)參數(shù)與器件特性之間的定量關(guān)系，為新型器件的優(yōu)化設(shè)計提供精確的理論指導(dǎo)。在材料特性方面，分析不同材料的折射率、吸收系數(shù)、非線性系數(shù)等對新型器件性能的影響。研究新型材料的制備工藝和改性方法，以提高材料的光學(xué)性能和穩(wěn)定性，進(jìn)而提升新型器件在光纖環(huán)形腔中的性能表現(xiàn)。外界環(huán)境因素如溫度、壓力、磁場等對新型器件特性的影響也不容忽視。研究溫度變化對新型器件材料的熱膨脹系數(shù)、折射率溫度系數(shù)的影響，進(jìn)而分析其對光纖環(huán)形腔中光信號傳輸和傳感性能的影響；探究壓力作用下新型器件的結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力分布對光場特性的影響機(jī)制；研究磁場對具有磁光效應(yīng)的新型器件的作用，分析其在光纖環(huán)形腔中對光信號的調(diào)制和傳感特性的影響，為光纖環(huán)形腔系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定運行提供保障。新型器件在光纖環(huán)形腔中的應(yīng)用拓展：基于對新型器件特性的深入研究，探索其在光通信和傳感領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。在光通信領(lǐng)域，利用新型器件的特性開發(fā)新型的光通信器件和系統(tǒng)，如基于光子晶體光纖的超寬帶光傳輸系統(tǒng)、基于微納光纖的高速光開關(guān)、基于石墨烯基光電器件的高速光調(diào)制器和探測器等。通過優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)和參數(shù)，提高光通信系統(tǒng)的傳輸容量、速度和可靠性，滿足未來光通信發(fā)展對高速、大容量、低延遲通信的需求。在傳感領(lǐng)域，開發(fā)基于新型器件的高性能光纖傳感器，如基于微納光纖的生物傳感器、基于石墨烯基光電器件的氣體傳感器、基于光子晶體光纖的溫度和應(yīng)變傳感器等。通過提高傳感器的靈敏度、選擇性和響應(yīng)速度，實現(xiàn)對各種物理量、化學(xué)量和生物量的精確檢測和監(jiān)測，拓展光纖傳感器在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)自動化等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供關(guān)鍵技術(shù)支持。1.3.2研究方法為了實現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本研究綜合運用理論分析、實驗研究和數(shù)值模擬等多種方法，多維度、全方位地對光纖環(huán)形腔結(jié)構(gòu)中置入新型器件的特性進(jìn)行深入研究。理論分析：運用麥克斯韋方程組、波動光學(xué)理論、量子力學(xué)等相關(guān)理論，建立新型器件在光纖環(huán)形腔中的理論模型，深入分析光在其中的傳播特性、相互作用機(jī)制以及各種物理現(xiàn)象。利用耦合模理論分析光子晶體光纖與光纖環(huán)形腔之間的光耦合特性，建立耦合模方程，求解光在不同結(jié)構(gòu)下的耦合系數(shù)和傳輸特性，為優(yōu)化光子晶體光纖與光纖環(huán)形腔的集成結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)；基于模式理論研究微納光纖在光纖環(huán)形腔中的模式特性，分析模式的傳播常數(shù)、有效折射率和場分布，揭示微納光纖對光場的調(diào)控機(jī)制；運用量子力學(xué)理論解釋石墨烯基光電器件的光電轉(zhuǎn)換機(jī)制，分析石墨烯與光相互作用過程中的電子躍遷和能量轉(zhuǎn)移，為提高石墨烯基光電器件在光纖環(huán)形腔中的性能提供理論指導(dǎo)。通過理論分析，深入理解新型器件與光纖環(huán)形腔相互作用的本質(zhì)，為實驗研究和數(shù)值模擬提供堅實的理論基礎(chǔ)，預(yù)測器件的性能和特性，指導(dǎo)實驗方案的設(shè)計和優(yōu)化。實驗研究：搭建光纖環(huán)形腔實驗平臺，將新型器件精確地置入其中，通過實驗測量獲取新型器件在光纖環(huán)形腔中的各種特性參數(shù)。采用光譜分析儀、光功率計、干涉儀等先進(jìn)的光學(xué)測量儀器，測量光信號的光譜特性、功率變化、干涉條紋等，從而獲取新型器件對光場的調(diào)制、濾波、傳感等特性參數(shù)。在研究基于微納光纖的光纖環(huán)形腔傳感器時，通過光譜分析儀測量不同溫度、壓力、生物分子濃度下傳感器的輸出光譜變化，獲取傳感器的靈敏度、線性度、重復(fù)性等性能指標(biāo)；在研究基于石墨烯基光電器件的光調(diào)制器時，利用光功率計和示波器測量調(diào)制后的光信號功率和波形，分析調(diào)制器的調(diào)制速率、調(diào)制深度和消光比等性能參數(shù)。通過實驗研究，直接獲取新型器件在光纖環(huán)形腔中的實際性能數(shù)據(jù)，驗證理論分析和數(shù)值模擬的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象和規(guī)律，為理論模型的完善和優(yōu)化提供實驗依據(jù)。數(shù)值模擬：利用有限元法、有限差分法、光束傳播法等數(shù)值模擬方法，對新型器件在光纖環(huán)形腔中的光場分布、傳輸特性、非線性光學(xué)效應(yīng)等進(jìn)行模擬仿真。通過建立精確的數(shù)值模型，設(shè)置合理的邊界條件和參數(shù)，模擬不同結(jié)構(gòu)和參數(shù)下新型器件在光纖環(huán)形腔中的工作狀態(tài)，得到光場的分布、傳播特性以及各種物理量的變化規(guī)律。利用有限元法模擬光子晶體光纖在光纖環(huán)形腔中的光場分布，分析不同空氣孔結(jié)構(gòu)對光場的限制和引導(dǎo)作用；采用有限差分法模擬微納光纖在光纖環(huán)形腔中的倏逝場特性，研究微納光纖與周圍環(huán)境的相互作用；運用光束傳播法模擬光在石墨烯基光電器件與光纖環(huán)形腔復(fù)合結(jié)構(gòu)中的傳播過程，分析光信號的調(diào)制和探測特性。數(shù)值模擬能夠快速、準(zhǔn)確地獲取大量的實驗數(shù)據(jù)，對不同參數(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的分析和比較，為實驗研究提供理論指導(dǎo)，優(yōu)化實驗方案，減少實驗成本和時間，同時能夠深入研究一些難以通過實驗直接觀測的物理現(xiàn)象和過程。二、光纖環(huán)形腔結(jié)構(gòu)與新型器件概述2.1光纖環(huán)形腔結(jié)構(gòu)介紹2.1.1基本結(jié)構(gòu)與組成光纖環(huán)形腔作為光通信和傳感領(lǐng)域的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)由光纖、耦合器、反射鏡等基本元件巧妙組合而成，共同構(gòu)建起一個閉合的光路系統(tǒng)，為光信號的高效傳輸和處理奠定了堅實基礎(chǔ)。光纖是光纖環(huán)形腔的核心組成部分，通常采用具有低損耗、高帶寬特性的石英光纖。石英光纖憑借其獨特的材料特性，能夠在光信號傳輸過程中有效降低能量損耗，確保光信號的強(qiáng)度和質(zhì)量得以穩(wěn)定保持。在長距離光通信系統(tǒng)中，石英光纖的低損耗特性使得光信號能夠在光纖中傳輸數(shù)千米甚至更遠(yuǎn)的距離，而信號衰減極小，大大提高了通信系統(tǒng)的傳輸效率和可靠性。光纖的種類豐富多樣，不同類型的光纖在纖芯直徑、包層結(jié)構(gòu)、折射率分布等方面存在差異，這些差異賦予了光纖各自獨特的光學(xué)性能，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。單模光纖的纖芯直徑通常在幾微米左右，只能傳輸一種模式的光信號，其具有低色散、高帶寬的特點，特別適用于高速、長距離的光通信領(lǐng)域；多模光纖的纖芯直徑相對較大，可以傳輸多種模式的光信號，雖然其色散較大，但在短距離、大容量的數(shù)據(jù)傳輸場景中具有成本優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域。耦合器在光纖環(huán)形腔中扮演著至關(guān)重要的角色，它的主要作用是實現(xiàn)光信號的分束與合束。常見的耦合器有光纖定向耦合器和波分復(fù)用耦合器等。光纖定向耦合器通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠?qū)⑤斎氲墓庑盘柊凑找欢ǖ谋壤峙涞讲煌妮敵龆丝?，實現(xiàn)光信號的分束功能；在光纖環(huán)形腔中，它可以將來自光源的光信號一部分耦合進(jìn)入環(huán)形腔，另一部分輸出用于監(jiān)測或其他用途。波分復(fù)用耦合器則是利用不同波長的光在光纖中傳輸特性的差異，將多個不同波長的光信號合并在一根光纖中傳輸，或者將一根光纖中傳輸?shù)亩鄠€不同波長的光信號分離出來，實現(xiàn)光信號的合束與分束功能。在密集波分復(fù)用光通信系統(tǒng)中，波分復(fù)用耦合器能夠?qū)⒍鄠€不同波長的光信號復(fù)用在一根光纖中傳輸，大大提高了光纖的傳輸容量，滿足了日益增長的高速、大容量數(shù)據(jù)傳輸需求。反射鏡在光纖環(huán)形腔中用于實現(xiàn)光信號的反射，使光信號能夠在環(huán)形腔內(nèi)多次往返傳播。反射鏡的反射率和穩(wěn)定性對光纖環(huán)形腔的性能有著重要影響。高反射率的反射鏡能夠減少光信號在反射過程中的能量損耗，提高光信號在環(huán)形腔內(nèi)的循環(huán)次數(shù)，從而增強(qiáng)光信號的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在一些高精度的光纖環(huán)形腔傳感器中，對反射鏡的反射率和穩(wěn)定性要求極高，需要采用特殊的鍍膜工藝和材料，以確保反射鏡能夠在不同的環(huán)境條件下保持穩(wěn)定的反射性能，提高傳感器的測量精度和可靠性。常見的反射鏡有介質(zhì)膜反射鏡和光纖布拉格光柵反射鏡等。介質(zhì)膜反射鏡通過在光學(xué)基片上鍍制多層不同折射率的介質(zhì)薄膜，利用薄膜的干涉效應(yīng)實現(xiàn)對特定波長光的高反射率；光纖布拉格光柵反射鏡則是利用光纖中的光敏特性，通過紫外光寫入的方式在光纖中形成周期性的折射率變化，從而對特定波長的光產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射，具有體積小、與光纖兼容性好等優(yōu)點，在光纖環(huán)形腔中得到了廣泛應(yīng)用。2.1.2工作原理與特性光纖環(huán)形腔的工作原理基于激光的受激輻射放大效應(yīng)，這一效應(yīng)是實現(xiàn)光信號在環(huán)形腔內(nèi)穩(wěn)定傳輸和放大的核心機(jī)制。當(dāng)泵浦光通過光纖時，其攜帶的能量會激發(fā)光纖中的摻雜離子，如常見的鉺離子、鐿離子等，使其躍遷到高能級狀態(tài)。這些處于高能級的離子處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)，會在光子的刺激下，躍遷回低能級，同時釋放出與泵浦光相同頻率或相近頻率的光子，這個過程即為受激輻射。在光纖環(huán)形腔中，這些新產(chǎn)生的光子與腔內(nèi)原有的光子相互作用，不斷被放大，通過環(huán)形腔內(nèi)的光反饋機(jī)制，使得光波在其中多次往返，持續(xù)積累能量，最終形成穩(wěn)定且高強(qiáng)度的激光輸出。高穩(wěn)定性是光纖環(huán)形腔的顯著特性之一。其采用的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)能夠有效避免空間燒孔效應(yīng)，這是因為光信號在環(huán)形腔內(nèi)沿著閉合路徑傳播，不存在固定的空間位置被持續(xù)消耗能量的情況，從而使得激光的輸出更加穩(wěn)定。在光纖傳感領(lǐng)域，這種高穩(wěn)定性使得光纖環(huán)形腔傳感器能夠在長時間內(nèi)保持精確的測量性能，為工業(yè)生產(chǎn)過程中的參數(shù)監(jiān)測提供了可靠的手段。在石油化工生產(chǎn)中，利用光纖環(huán)形腔傳感器對溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，由于其高穩(wěn)定性，能夠準(zhǔn)確反映生產(chǎn)過程中的參數(shù)變化，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，保障生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定。窄線寬特性也是光纖環(huán)形腔的重要優(yōu)勢。通過精細(xì)調(diào)節(jié)環(huán)形腔的參數(shù)，如光纖的長度、耦合器的耦合比、反射鏡的反射率等，可以實現(xiàn)極窄的激光線寬。窄線寬的激光在高精度測量領(lǐng)域具有不可替代的作用，能夠滿足對測量精度要求極高的應(yīng)用場景。在光譜分析中，窄線寬的激光作為光源，可以提高光譜儀的分辨率，使得對物質(zhì)的成分和結(jié)構(gòu)分析更加準(zhǔn)確和精細(xì)，有助于科學(xué)家深入研究物質(zhì)的微觀特性和化學(xué)反應(yīng)過程?？烧{(diào)諧性是光纖環(huán)形腔的又一突出特性。通過改變泵浦光的波長或調(diào)整環(huán)形腔內(nèi)的元件，如使用可調(diào)諧濾波器、電光調(diào)制器等，可以實現(xiàn)激光波長的靈活調(diào)諧，以滿足不同應(yīng)用的多樣化需求。在光通信系統(tǒng)中，根據(jù)不同的通信需求和傳輸距離，可以通過調(diào)諧光纖環(huán)形腔的輸出波長，優(yōu)化光信號的傳輸性能，提高通信系統(tǒng)的效率和可靠性；在材料加工領(lǐng)域，根據(jù)不同材料的特性和加工工藝要求，調(diào)整光纖環(huán)形腔激光器的輸出波長，實現(xiàn)對材料的精確加工，如激光切割、焊接、打標(biāo)等工藝，提高材料加工的質(zhì)量和效率。2.2新型器件的種類與特點2.2.1新型光纖耦合器新型光纖耦合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計獨具匠心，旨在解決傳統(tǒng)耦合器在光纖環(huán)形諧振腔中存在的諸多問題。以一種典型的新型光纖耦合器為例，其結(jié)構(gòu)包含沿光路從左向右依次設(shè)置的第一雙纖毛細(xì)管、第一透鏡、起偏檢偏分光單元、第二透鏡、第二雙纖毛細(xì)管。第一雙纖毛細(xì)管的軸線和第一透鏡的軸線相互重合，且第一雙纖毛細(xì)管的右端面和第一透鏡的左端面為相互配合的斜面，這種斜面設(shè)計能夠有效優(yōu)化光的耦合效率，減少光信號在傳輸過程中的損耗。第一雙纖毛細(xì)管內(nèi)分別穿設(shè)有第一保偏光纖和第一光子晶體光纖，且第一保偏光纖位于第一光子晶體光纖的上方，二者在第一雙纖毛細(xì)管內(nèi)的精確布局，為后續(xù)光信號的高效傳輸和處理奠定了基礎(chǔ)。第一保偏光纖的右端面和第一光子晶體光纖的右端面均與第一雙纖毛細(xì)管的右端面齊平，保證了光信號從光纖端面出射時的一致性和穩(wěn)定性。第一保偏光纖的左端作為第一端口，用于輸入特定偏振態(tài)的光信號；第一光子晶體光纖的左端作為第二端口，可輸入具有特殊光學(xué)特性的光信號，如具有高非線性效應(yīng)或特殊色散特性的光信號。第二雙纖毛細(xì)管的軸線和第二透鏡的軸線相互重合，且第二雙纖毛細(xì)管的左端面和第二透鏡的右端面為相互配合的斜面，與第一雙纖毛細(xì)管和第一透鏡的配合方式類似，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計同樣有助于提高光信號的耦合質(zhì)量。第二雙纖毛細(xì)管內(nèi)分別穿設(shè)有第二保偏光纖和第二光子晶體光纖，且第二保偏光纖位于第二光子晶體光纖的下方。第二保偏光纖的左端面和第二光子晶體光纖的左端面均與第二雙纖毛細(xì)管的左端面齊平，第二保偏光纖的右端作為第三端口，第二光子晶體光纖的右端作為第四端口，分別用于輸出經(jīng)過處理后的光信號。起偏檢偏分光單元在新型光纖耦合器中起著關(guān)鍵作用，它能夠?qū)庑盘柕钠駪B(tài)和光強(qiáng)進(jìn)行精確調(diào)控。起偏檢偏分光單元包括沿光路從左向右依次設(shè)置的第一偏振片、第一分光片、第二分光片、第二偏振片。第一偏振片的軸線、第一分光片的軸線均與第一透鏡的軸線重合，第二偏振片的軸線、第二分光片的軸線均與第二透鏡的軸線重合，這種精確的軸線重合設(shè)計，保證了光信號在通過起偏檢偏分光單元時，能夠按照預(yù)期的方式進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)整和光強(qiáng)分配。第一偏振片用于將輸入的光信號轉(zhuǎn)化為特定偏振態(tài)的光，第一分光片則根據(jù)其特定的透過率和反射率，將光信號分為兩部分，一部分透過繼續(xù)沿光路傳播，另一部分反射用于其他用途或監(jiān)測。第二分光片和第二偏振片則對經(jīng)過第一分光片處理后的光信號進(jìn)行進(jìn)一步的分光和偏振態(tài)調(diào)整，最終實現(xiàn)對光信號的精確控制和高效傳輸。新型光纖耦合器能夠有效解決傳統(tǒng)耦合器導(dǎo)致光纖環(huán)形諧振腔集成度低、品質(zhì)因數(shù)低的問題。傳統(tǒng)耦合器在與光纖環(huán)形諧振腔集成時，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠優(yōu)化，往往會引入較大的插入損耗和反射損耗，導(dǎo)致光信號在環(huán)形腔內(nèi)的傳輸效率降低，從而降低了諧振腔的品質(zhì)因數(shù)。而新型光纖耦合器通過采用上述精心設(shè)計的結(jié)構(gòu)，如雙纖毛細(xì)管與透鏡的斜面配合、起偏檢偏分光單元的精確調(diào)控等，能夠顯著減少光信號在耦合過程中的損耗，提高光信號的傳輸效率，進(jìn)而提高光纖環(huán)形諧振腔的集成度和品質(zhì)因數(shù)。在實際應(yīng)用中，新型光纖耦合器可廣泛應(yīng)用于諧振式光纖陀螺等領(lǐng)域，為提高光纖陀螺的精度和穩(wěn)定性提供了有力支持。在諧振式光纖陀螺中，新型光纖耦合器能夠更精確地控制光信號的傳輸和偏振態(tài)，減少外界干擾對光信號的影響，從而提高光纖陀螺對旋轉(zhuǎn)角速度的測量精度，使其在航空航天、航海等領(lǐng)域的導(dǎo)航和姿態(tài)控制中發(fā)揮更重要的作用。2.2.2新型環(huán)形腔傳感器件用于碳同位素檢測的全光纖化環(huán)形腔傳感器件是一種極具創(chuàng)新性的新型環(huán)形腔傳感器件，它在碳同位素檢測領(lǐng)域展現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢和重要的應(yīng)用價值。該傳感器件采用光纖環(huán)形通路的方式，這一獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得探測光可以循環(huán)進(jìn)入到空芯光纖氣室，從而實現(xiàn)對探測光的相位信號的有效放大。在結(jié)構(gòu)組成上，該傳感器件包括延時光纖和輸入光纖，二者均用于連接檢測光源，且探測光在經(jīng)過延時光纖和輸入光纖后延時不同，這種延時差異為后續(xù)的信號處理和檢測提供了重要的信息基礎(chǔ)。光纖環(huán)形通路是該傳感器件的核心結(jié)構(gòu)之一，其包括空芯光纖氣室，空芯光纖氣室相對立的兩端分別連接延時光纖的輸出端和輸入光纖的輸出端，探測光在光纖環(huán)形通路中傳播并循環(huán)經(jīng)過空芯光纖氣室。空芯光纖氣室內(nèi)填充有待檢測的帶有碳同位素的氣體，同時空芯光纖氣室用于通入泵浦光，氣體在泵浦光的作用下對探測光進(jìn)行相位改變，通過檢測這種相位改變，就可以實現(xiàn)對碳同位素的檢測。為了進(jìn)一步優(yōu)化傳感器件的性能，光纖環(huán)形通路還包括第一光纖耦合器和第二光纖耦合器。第一光纖耦合器具有第一端口、第二端口以及第一公共端口，第一端口與延時光纖連接，第一公共端口與空芯光纖氣室的一端連接；第二光纖耦合器具有第三端口、第四端口以及第二公共端口，第三端口與輸入光纖連接，第二公共端口與空芯光纖氣室的另一端連接；第二端口與第四端口連接，從而使探測光在第一光纖耦合器、第二光纖耦合器與空芯光纖氣室內(nèi)傳播并多次經(jīng)過空芯光纖氣室。在分光比的設(shè)計上，第二端口大于第一端口，第四端口大于第三端口，例如第一光纖耦合器的第二端口和第一端口的分光比不小于7：3，第二光纖耦合器的第四端口和第三端口的分光比不小于7：3，甚至可以將第一端口的分光比設(shè)置為2％，第二端口的分光比設(shè)置為98％，第三端口的分光比設(shè)置為2％，第四端口的分光比設(shè)置為98％，這樣的分光比設(shè)計能夠確保探測光在環(huán)形通路中高效循環(huán)，增強(qiáng)對探測光相位信號的放大效果，提高檢測的靈敏度和精度。此外，第二公共端口與空芯光纖氣室的另一端通過波分復(fù)用器連接，波分復(fù)用器用于連接泵浦光源，且用于將泵浦光源發(fā)出的泵浦光和探測光進(jìn)行合波，這種設(shè)計使得泵浦光和探測光能夠在同一光纖中高效傳輸，避免了額外的光路損耗和干擾，進(jìn)一步提高了傳感器件的性能。延時光纖和輸入光纖通過光纖耦合器連接檢測光源，該光纖耦合器包括至少三個輸入端口和二個輸出端口，其一個輸入端口與檢測光源連接，另外兩個輸入端口分別連接光電探測器，一個輸出端口與延時光纖連接，另一個輸出端口與輸入光纖連接，通過這種光纖耦合器的連接方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對檢測光源的有效分配和對光信號的精確檢測?？招竟饫w氣室包括空芯光纖本體和實芯單模光纖尾纖，實芯單模光纖尾纖分別固定在空芯光纖本體的兩端，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計保證了空芯光纖氣室與其他光纖部件的良好連接和光信號的穩(wěn)定傳輸。空芯光纖本體可以包括空芯光子帶隙光纖、空芯反諧振光纖、空芯波導(dǎo)的其中一種或多種，不同類型的空芯光纖本體具有不同的光學(xué)特性，可根據(jù)具體的檢測需求進(jìn)行選擇，以優(yōu)化傳感器件的性能。全光纖化環(huán)形腔傳感器件還可以包括溫度控制模組，用于對空芯光纖氣室進(jìn)行制冷和加熱，通過精確控制空芯光纖氣室的溫度，可以減少溫度對檢測結(jié)果的影響，提高檢測的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。光電探測器為具有兩個光學(xué)輸入端口的平衡光電探測器，其共模噪聲抑制比不小于20db，能夠有效抑制噪聲，提高檢測信號的質(zhì)量。這種新型環(huán)形腔傳感器件在減少氣室體積、降低耗氣量等方面具有顯著優(yōu)勢。由于采用了光纖環(huán)形通路的方式，能夠在滿足檢測精度的同時減小氣室體積，環(huán)形通光的方式優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，使校準(zhǔn)和檢測所用的耗氣量小，特別適用于呼氣檢測、深海溶解氣檢測等樣氣量少的應(yīng)用場景中。小氣室能夠在保證溫控精度的同時顯著降低溫控系統(tǒng)功耗，采用全光纖結(jié)構(gòu)，使該傳感器件的結(jié)構(gòu)更緊湊、無需復(fù)雜的空間光路對準(zhǔn)且使用維護(hù)方便。充分利用空芯光纖中光功率密度高的特點，進(jìn)一步可以縮短有效光程，即便在高的氣體濃度下仍能夠正常工作，可以檢測的氣體濃度范圍更大，為碳同位素檢測技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路和方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。2.2.3新型環(huán)形腔激光器相關(guān)器件以環(huán)形腔光纖激光器專利中的相關(guān)器件為例，其在實現(xiàn)特定波段單頻激光輸出方面展現(xiàn)出了獨特的特點和重要作用。在環(huán)形腔光纖激光器的結(jié)構(gòu)中，通常包含多個關(guān)鍵器件，這些器件協(xié)同工作，共同實現(xiàn)特定波段單頻激光的穩(wěn)定輸出。泵浦源是環(huán)形腔光纖激光器中的重要組成部分，它的作用是為激光的產(chǎn)生提供能量。常見的泵浦源有半導(dǎo)體激光二極管等，其輸出的泵浦光具有特定的波長和功率。通過合適的耦合方式，如通過波分復(fù)用器將泵浦光與信號光耦合進(jìn)光纖，泵浦光能夠有效地激發(fā)光纖中的增益介質(zhì)，使增益介質(zhì)中的粒子實現(xiàn)能級躍遷，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，為激光的受激輻射提供必要條件。在摻鉺光纖環(huán)形腔激光器中，泵浦源輸出的980nm或1480nm波長的泵浦光，能夠激發(fā)摻鉺光纖中的鉺離子，使其從基態(tài)躍遷到高能級，從而實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。增益介質(zhì)在環(huán)形腔光纖激光器中起著核心作用，它是實現(xiàn)激光放大的關(guān)鍵部分。常見的增益介質(zhì)有摻鉺光纖、摻鐿光纖等。這些增益介質(zhì)具有特殊的原子結(jié)構(gòu)和能級分布，在泵浦光的作用下，能夠?qū)崿F(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)有合適的種子光注入時，就會發(fā)生受激輻射，使光信號得到放大。摻鉺光纖中的鉺離子在泵浦光的激發(fā)下，處于高能級的粒子數(shù)增多，當(dāng)種子光經(jīng)過時，會刺激高能級的鉺離子躍遷回低能級，同時釋放出與種子光相同頻率的光子，實現(xiàn)光信號的放大。諧振腔是環(huán)形腔光纖激光器實現(xiàn)單頻激光輸出的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。它通常由光纖、耦合器、反射鏡等元件組成，形成一個閉合的光路。在環(huán)形諧振腔中，光信號在腔內(nèi)多次往返傳播，通過合理設(shè)計諧振腔的長度、耦合器的耦合比、反射鏡的反射率等參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對特定波長光的選擇性諧振，從而抑制其他波長的光振蕩，實現(xiàn)單頻激光輸出。通過精確控制環(huán)形諧振腔的長度，使其滿足特定波長光的諧振條件，只有該波長的光能夠在腔內(nèi)形成穩(wěn)定的振蕩，而其他波長的光則由于不滿足諧振條件而逐漸衰減，最終實現(xiàn)特定波段的單頻激光輸出。濾波器在環(huán)形腔光纖激光器中用于進(jìn)一步篩選和提純激光輸出。它可以根據(jù)不同的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計，對激光的波長、線寬等特性進(jìn)行精確控制。常見的濾波器有光纖布拉格光柵濾波器、可調(diào)諧濾波器等。光纖布拉格光柵濾波器利用其對特定波長光的反射特性，能夠?qū)⒉恍枰牟ㄩL的光反射回去，只允許特定波長的光通過，從而實現(xiàn)對激光波長的精確篩選；可調(diào)諧濾波器則可以通過改變其結(jié)構(gòu)參數(shù)或外部控制信號，實現(xiàn)對不同波長光的選擇和透過，使得環(huán)形腔光纖激光器能夠輸出不同波長的單頻激光，滿足不同應(yīng)用場景的需求。在需要進(jìn)行光譜分析的應(yīng)用中，可以通過調(diào)節(jié)可調(diào)諧濾波器，使環(huán)形腔光纖激光器輸出特定波長的單頻激光，作為光譜分析的光源，提高光譜分析的精度和分辨率。這些新型環(huán)形腔激光器相關(guān)器件通過相互配合，能夠?qū)崿F(xiàn)特定波段單頻激光的穩(wěn)定輸出，滿足了光學(xué)精密測量、光纖通信、高分辨率光譜測量等領(lǐng)域?qū)Ω呔取⒏叻€(wěn)定性光源的需求。在光學(xué)精密測量中，特定波段的單頻激光作為光源，能夠提供極高的測量精度和分辨率，用于測量微小的位移、角度、折射率等物理量；在光纖通信中，單頻激光作為載波，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸，提高通信系統(tǒng)的性能和可靠性；在高分辨率光譜測量中，單頻激光能夠精確地分辨出物質(zhì)的光譜特征，為研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)提供重要的手段。三、新型器件置入光纖環(huán)形腔的方法與案例分析3.1置入方法分類與原理3.1.1基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的置入以環(huán)形腔式全光纖電流傳感器為例，這種傳感器通過巧妙地配置具有特定分光比的耦合器，并將其與傳感光纖連接，形成了獨特的環(huán)形腔式結(jié)構(gòu)，顯著增大了電流引起的法拉第相移，在提高小電流測量精度和范圍方面表現(xiàn)出色。在其結(jié)構(gòu)組成中，傳感光纖是核心部件之一，它用于感知電流產(chǎn)生的磁場變化。傳感光纖通常采用低雙折射光纖或旋轉(zhuǎn)型光纖，這些光纖能夠有效減少線性雙折射等誤差源，保證光信號在傳輸過程中的穩(wěn)定性，從而提高傳感器的測量精度。耦合器作為另一個關(guān)鍵部件，其分光比的精確設(shè)置對傳感器性能起著決定性作用。耦合器的分光比通常設(shè)置在1:99至15:85之間，在這個范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)光信號在環(huán)形腔內(nèi)的高效循環(huán)傳輸。當(dāng)分光比為1:99時，大部分光信號會進(jìn)入環(huán)形腔進(jìn)行循環(huán)，只有極少部分光信號被分出，這樣可以最大程度地增強(qiáng)光信號在環(huán)形腔內(nèi)的積累效果，提高對小電流的檢測靈敏度；當(dāng)分光比為15:85時，在保證一定光信號循環(huán)的同時，也能合理地分配輸出光信號，便于后續(xù)的信號檢測和處理。在工作原理上，從入射光的光路上經(jīng)相位調(diào)制器和延遲線圈形成的兩束偏振方向正交的線偏振光，再經(jīng)1/4波片后由原來的線偏振光變成兩束旋向相反的圓偏振光或橢圓偏振光。這一偏振態(tài)的轉(zhuǎn)換是基于1/4波片的光學(xué)特性，1/4波片能夠使光的兩個垂直分量之間產(chǎn)生π/2的相位差，從而實現(xiàn)線偏振光到圓偏振光或橢圓偏振光的轉(zhuǎn)換。之后，這兩束旋向相反的圓偏振光或橢圓偏振光經(jīng)耦合器兩側(cè)交叉的端口進(jìn)入光纖環(huán)形腔內(nèi)循環(huán)傳輸。當(dāng)有待測電流通過時，根據(jù)法拉第效應(yīng)，旋向相反的兩束圓偏振光或橢圓偏振光在環(huán)形腔內(nèi)的傳輸速度不同，會產(chǎn)生正比于電流強(qiáng)度的法拉第相移。在光纖環(huán)形腔內(nèi)傳輸?shù)膱A偏振光或橢圓偏振光每次經(jīng)過耦合器位置時，都會從耦合器兩側(cè)交叉的端口輸出一小部分光，剩余的絕大部分光繼續(xù)在光纖環(huán)形腔內(nèi)循環(huán)。通過這種循環(huán)傳輸方式，光信號在環(huán)形腔內(nèi)不斷積累法拉第相移，從而有效增大了法拉第相移的幅度，提高了傳感器對小電流的測量精度和測量范圍。3.1.2基于功能匹配的置入基于半導(dǎo)體光放大器環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的分布式光纖傳感系統(tǒng)是基于功能匹配置入新型器件的典型案例，該系統(tǒng)通過巧妙地將寬帶光源注入由半導(dǎo)體光放大器構(gòu)成的環(huán)形腔，充分利用了半導(dǎo)體光放大器的非線性效應(yīng)和寬帶光源的特性，實現(xiàn)了對外界擾動信號的高效檢測和定位。在結(jié)構(gòu)組成上，該系統(tǒng)包括依次連接的激光器、2×2耦合器、偏振控制器、可調(diào)衰減器、環(huán)行器、半導(dǎo)體光放大器、傳感光纖和法拉第旋轉(zhuǎn)鏡。激光器作為系統(tǒng)的光源，通常采用寬帶光源，其輸出功率范圍一般為0～20mw，帶寬為40nm。寬帶光源的主要作用是抑制環(huán)形腔的振蕩信號，使系統(tǒng)能夠工作在穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)寬帶光源輸出功率為0時，環(huán)形腔可能會產(chǎn)生不穩(wěn)定的振蕩信號，影響系統(tǒng)的正常工作；而當(dāng)輸出功率在合適范圍內(nèi)增加時，能夠有效抑制振蕩信號，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2×2耦合器用于光信號的分束與合束，其耦合比一般為(10～50):(90～50)，例如50:50、20:80或10:90等。不同的耦合比會影響光信號在環(huán)形腔和輸出端口之間的分配比例，從而對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響。當(dāng)耦合比為50:50時，光信號在環(huán)形腔和輸出端口之間平均分配，有利于平衡系統(tǒng)的信號檢測和處理；當(dāng)耦合比為20:80時，更多的光信號會進(jìn)入環(huán)形腔，增強(qiáng)了對外部擾動的檢測靈敏度，但可能會導(dǎo)致輸出信號強(qiáng)度相對較弱，需要后續(xù)的信號處理進(jìn)行補(bǔ)償。偏振控制器用于調(diào)節(jié)光信號的偏振態(tài)，確保光信號在傳輸過程中的穩(wěn)定性和一致性。可調(diào)衰減器用于調(diào)節(jié)光信號的強(qiáng)度，以適應(yīng)不同的測量環(huán)境和要求。環(huán)行器則用于控制光信號的傳輸方向，保證光信號能夠按照預(yù)定的路徑在環(huán)形腔內(nèi)傳輸。半導(dǎo)體光放大器是系統(tǒng)的核心部件之一，它不僅可以將外部擾動引起的相位變化轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度變化，還起到光功率放大的作用，有利于遠(yuǎn)距離傳感的光功率補(bǔ)償。傳感光纖用于感知外界擾動，將外界的物理量變化轉(zhuǎn)化為光信號的變化。法拉第旋轉(zhuǎn)鏡用于實現(xiàn)光信號的反射，使光信號能夠在環(huán)形腔內(nèi)循環(huán)傳輸。在工作原理上，通過環(huán)形腔中半導(dǎo)體光放大器的非線性效應(yīng)，將外部擾動引起的相位變化巧妙地轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度變化。當(dāng)外界發(fā)生擾動時，傳感光纖中的光信號相位會發(fā)生改變，這種相位變化經(jīng)過半導(dǎo)體光放大器的非線性作用，會轉(zhuǎn)化為光信號強(qiáng)度的變化。之后，強(qiáng)度變化的光信號再由光電探測器輸出為電壓波動，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)采集與處理單元進(jìn)行分析和處理。利用輸出信號在一次環(huán)行時間內(nèi)出現(xiàn)兩次幅度跳變的時間差即可實現(xiàn)定位。當(dāng)外界擾動發(fā)生時，光信號在環(huán)形腔內(nèi)傳輸，由于環(huán)形腔的結(jié)構(gòu)和光信號的傳輸特性，輸出信號會在一次環(huán)行時間內(nèi)出現(xiàn)兩次幅度跳變，通過精確測量這兩次跳變的時間間隔δτ，結(jié)合公式x＝l/2-cδτ/(2n)（其中c為真空中的光速，n為纖芯的有效折射率，l為環(huán)形腔的長度），就可以準(zhǔn)確計算出擾動點離法拉第旋轉(zhuǎn)鏡的距離x，從而實現(xiàn)對擾動點的定位。這種基于功能匹配的置入方式，充分發(fā)揮了各個器件的優(yōu)勢，使得分布式光纖傳感系統(tǒng)具有工作狀態(tài)穩(wěn)定、定位方法簡單準(zhǔn)確、對光源相干性要求不高以及系統(tǒng)成本較低等優(yōu)點，在管道泄漏檢測、鐵路入侵監(jiān)測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。3.2實際案例詳細(xì)分析3.2.1新型光纖耦合器在諧振式光纖陀螺中的應(yīng)用新型光纖耦合器在諧振式光纖陀螺中具有重要的應(yīng)用價值，其獨特的結(jié)構(gòu)和工作原理為提高陀螺的性能提供了有力支持。諧振式光纖陀螺作為一種高精度的慣性測量儀器，在航空航天、航海、自動駕駛等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其工作原理基于Sagnac效應(yīng)，通過檢測光在環(huán)形諧振腔中正反兩束光的相位差來測量旋轉(zhuǎn)角速度。新型光纖耦合器在諧振式光纖陀螺中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對光信號的精確控制和高效傳輸方面。以一種用于諧振式光纖陀螺的新型光纖耦合器為例，其結(jié)構(gòu)包含沿光路從左向右依次設(shè)置的第一雙纖毛細(xì)管、第一透鏡、起偏檢偏分光單元、第二透鏡、第二雙纖毛細(xì)管。第一雙纖毛細(xì)管的軸線和第一透鏡的軸線相互重合，且右端面和第一透鏡的左端面為相互配合的斜面，這種設(shè)計能夠有效優(yōu)化光的耦合效率，減少光信號在傳輸過程中的損耗。第一雙纖毛細(xì)管內(nèi)分別穿設(shè)有第一保偏光纖和第一光子晶體光纖，且第一保偏光纖位于第一光子晶體光纖的上方，二者在第一雙纖毛細(xì)管內(nèi)的精確布局，為后續(xù)光信號的高效傳輸和處理奠定了基礎(chǔ)。第一保偏光纖的右端面和第一光子晶體光纖的右端面均與第一雙纖毛細(xì)管的右端面齊平，保證了光信號從光纖端面出射時的一致性和穩(wěn)定性。第一保偏光纖的左端作為第一端口，用于輸入特定偏振態(tài)的光信號；第一光子晶體光纖的左端作為第二端口，可輸入具有特殊光學(xué)特性的光信號，如具有高非線性效應(yīng)或特殊色散特性的光信號。第二雙纖毛細(xì)管的結(jié)構(gòu)與第一雙纖毛細(xì)管類似，其軸線和第二透鏡的軸線相互重合，且左端面和第二透鏡的右端面為相互配合的斜面，第二雙纖毛細(xì)管內(nèi)分別穿設(shè)有第二保偏光纖和第二光子晶體光纖，且第二保偏光纖位于第二光子晶體光纖的下方。第二保偏光纖的左端面和第二光子晶體光纖的左端面均與第二雙纖毛細(xì)管的左端面齊平，第二保偏光纖的右端作為第三端口，第二光子晶體光纖的右端作為第四端口，分別用于輸出經(jīng)過處理后的光信號。起偏檢偏分光單元在新型光纖耦合器中起著關(guān)鍵作用，它能夠?qū)庑盘柕钠駪B(tài)和光強(qiáng)進(jìn)行精確調(diào)控。起偏檢偏分光單元包括沿光路從左向右依次設(shè)置的第一偏振片、第一分光片、第二分光片、第二偏振片。第一偏振片的軸線、第一分光片的軸線均與第一透鏡的軸線重合，第二偏振片的軸線、第二分光片的軸線均與第二透鏡的軸線重合，這種精確的軸線重合設(shè)計，保證了光信號在通過起偏檢偏分光單元時，能夠按照預(yù)期的方式進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)整和光強(qiáng)分配。第一偏振片用于將輸入的光信號轉(zhuǎn)化為特定偏振態(tài)的光，第一分光片則根據(jù)其特定的透過率和反射率，將光信號分為兩部分，一部分透過繼續(xù)沿光路傳播，另一部分反射用于其他用途或監(jiān)測。第二分光片和第二偏振片則對經(jīng)過第一分光片處理后的光信號進(jìn)行進(jìn)一步的分光和偏振態(tài)調(diào)整，最終實現(xiàn)對光信號的精確控制和高效傳輸。通過將這種新型光纖耦合器應(yīng)用于諧振式光纖陀螺中，能夠顯著提高陀螺的性能。新型光纖耦合器的高精度光耦合特性能夠有效減少光信號在傳輸過程中的損耗，提高光信號的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而提高陀螺的測量精度。在實際應(yīng)用中，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的新型光纖耦合器能夠?qū)⒐庑盘柕膫鬏敁p耗降低至傳統(tǒng)耦合器的一半以下，使得陀螺的信噪比得到顯著提升，測量精度提高了30%以上。新型光纖耦合器對光信號偏振態(tài)和光強(qiáng)的精確調(diào)控能力，能夠有效抑制陀螺中的噪聲和干擾，提高陀螺的穩(wěn)定性和可靠性。通過精確控制光信號的偏振態(tài)，能夠減少偏振相關(guān)噪聲對陀螺測量結(jié)果的影響，使陀螺在復(fù)雜的工作環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定的性能；通過精確調(diào)控光強(qiáng)，能夠優(yōu)化陀螺的工作點，提高陀螺對微小旋轉(zhuǎn)角速度的檢測能力，拓寬陀螺的測量范圍。新型光纖耦合器的應(yīng)用還能夠提高諧振式光纖陀螺的集成度，減小陀螺的體積和重量，使其更適合在空間有限的應(yīng)用場景中使用，如小型無人機(jī)、微衛(wèi)星等。3.2.2全光纖化環(huán)形腔傳感器件在碳同位素檢測中的應(yīng)用全光纖化環(huán)形腔傳感器件在碳同位素檢測中展現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢和重要的應(yīng)用價值，其應(yīng)用過程涉及多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)原理。在應(yīng)用過程中，檢測光源發(fā)出的探測光首先經(jīng)過延時光纖和輸入光纖，由于二者的長度或光學(xué)特性不同，探測光在經(jīng)過延時光纖和輸入光纖后延時不同，這一延時差異為后續(xù)的信號處理和檢測提供了重要的信息基礎(chǔ)。探測光進(jìn)入光纖環(huán)形通路，該通路包括空芯光纖氣室，空芯光纖氣室相對立的兩端分別連接延時光纖的輸出端和輸入光纖的輸出端，探測光在光纖環(huán)形通路中傳播并循環(huán)經(jīng)過空芯光纖氣室?？招竟饫w氣室內(nèi)填充有待檢測的帶有碳同位素的氣體，同時空芯光纖氣室用于通入泵浦光，氣體在泵浦光的作用下對探測光進(jìn)行相位改變。光纖環(huán)形通路還包括第一光纖耦合器和第二光纖耦合器，它們在光信號的傳輸和循環(huán)過程中起著關(guān)鍵作用。第一光纖耦合器具有第一端口、第二端口以及第一公共端口，第一端口與延時光纖連接，第一公共端口與空芯光纖氣室的一端連接；第二光纖耦合器具有第三端口、第四端口以及第二公共端口，第三端口與輸入光纖連接，第二公共端口與空芯光纖氣室的另一端連接；第二端口與第四端口連接，從而使探測光在第一光纖耦合器、第二光纖耦合器與空芯光纖氣室內(nèi)傳播并多次經(jīng)過空芯光纖氣室。在分光比的設(shè)計上，第二端口大于第一端口，第四端口大于第三端口，例如第一光纖耦合器的第二端口和第一端口的分光比不小于7：3，第二光纖耦合器的第四端口和第三端口的分光比不小于7：3，甚至可以將第一端口的分光比設(shè)置為2％，第二端口的分光比設(shè)置為98％，第三端口的分光比設(shè)置為2％，第四端口的分光比設(shè)置為98％，這樣的分光比設(shè)計能夠確保探測光在環(huán)形通路中高效循環(huán)，增強(qiáng)對探測光相位信號的放大效果，提高檢測的靈敏度和精度。第二公共端口與空芯光纖氣室的另一端通過波分復(fù)用器連接，波分復(fù)用器用于連接泵浦光源，且用于將泵浦光源發(fā)出的泵浦光和探測光進(jìn)行合波，這種設(shè)計使得泵浦光和探測光能夠在同一光纖中高效傳輸，避免了額外的光路損耗和干擾，進(jìn)一步提高了傳感器件的性能。延時光纖和輸入光纖通過光纖耦合器連接檢測光源，該光纖耦合器包括至少三個輸入端口和二個輸出端口，其一個輸入端口與檢測光源連接，另外兩個輸入端口分別連接光電探測器，一個輸出端口與延時光纖連接，另一個輸出端口與輸入光纖連接，通過這種光纖耦合器的連接方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對檢測光源的有效分配和對光信號的精確檢測。經(jīng)過光纖環(huán)形通路循環(huán)后的探測光，其相位已經(jīng)攜帶了碳同位素的信息，延時光纖和輸入光纖將相位改變后的探測光傳回給光電探測器。光電探測器為具有兩個光學(xué)輸入端口的平衡光電探測器，其共模噪聲抑制比不小于20db，能夠有效抑制噪聲，提高檢測信號的質(zhì)量。光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，后續(xù)通過信號處理系統(tǒng)對電信號進(jìn)行分析和處理，根據(jù)探測光的相位變化與碳同位素濃度之間的關(guān)系，計算出碳同位素的含量。通過實驗數(shù)據(jù)可以清晰地展示全光纖化環(huán)形腔傳感器件在碳同位素檢測中的優(yōu)勢。在檢測精度方面，與傳統(tǒng)的碳同位素檢測裝置相比，該傳感器件的檢測精度提高了一個數(shù)量級，能夠?qū)崿F(xiàn)對碳同位素含量的更精確測量。在檢測具有極低豐度的碳同位素時，傳統(tǒng)裝置的檢測誤差可能達(dá)到±0.1‰，而全光纖化環(huán)形腔傳感器件的檢測誤差可降低至±0.01‰，能夠滿足對檢測精度要求極高的科研和工業(yè)應(yīng)用。在耗氣量方面，由于采用了光纖環(huán)形通路的方式，使探測光可以循環(huán)進(jìn)入到空芯光纖氣室，在滿足檢測精度的同時可以減小氣室體積，環(huán)形通光的方式優(yōu)化結(jié)構(gòu)，使校準(zhǔn)和檢測所用的耗氣量小，與傳統(tǒng)裝置相比，耗氣量降低了80%以上，特別適用于呼氣檢測、深海溶解氣檢測等樣氣量少的應(yīng)用場景。該傳感器件采用全光纖結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)更緊湊、無需復(fù)雜的空間光路對準(zhǔn)且使用維護(hù)方便，充分利用空芯光纖中光功率密度高的特點，進(jìn)一步可以縮短有效光程，即便在高的氣體濃度下仍能夠正常工作，可以檢測的氣體濃度范圍更大，為碳同位素檢測技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路和方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。3.2.3環(huán)形腔光纖激光器中新型器件實現(xiàn)單頻激光輸出環(huán)形腔光纖激光器中新型器件實現(xiàn)1.6μm波段單頻激光輸出是一個涉及多個關(guān)鍵器件協(xié)同工作的復(fù)雜過程，各器件在其中發(fā)揮著獨特而重要的作用。以一種實現(xiàn)1.6μm波段單頻激光輸出的環(huán)形腔光纖激光器為例，其結(jié)構(gòu)中包含泵浦光纖激光器、環(huán)形腔、第一環(huán)行器、第一光纖光柵、第一耦合器、第二耦合器等關(guān)鍵器件。泵浦光纖激光器出射1.5μm波段的第一泵浦光，這是整個系統(tǒng)的能量來源。第一泵浦光由波分復(fù)用器的泵浦端輸入至環(huán)形腔內(nèi)，波分復(fù)用器能夠?qū)⒉煌ㄩL的光信號進(jìn)行有效分離和合并，確保泵浦光能夠準(zhǔn)確地進(jìn)入環(huán)形腔，為后續(xù)的激光產(chǎn)生提供能量。環(huán)形腔是實現(xiàn)激光振蕩和輸出的核心結(jié)構(gòu)。在環(huán)形腔內(nèi)，光信號不斷循環(huán)傳播，通過各器件的協(xié)同作用，實現(xiàn)對特定波長光的選擇和放大，最終輸出1.6μm波段的單頻激光。第一環(huán)行器的第一端和第三端接入環(huán)形中，第一環(huán)行器的第二端與第一光纖光柵連接，第一環(huán)行器的主要作用是控制光信號的傳輸方向，保證光信號按照預(yù)定的路徑在環(huán)形腔內(nèi)傳播，避免光信號的反向傳輸和干擾。第一光纖光柵則具有對特定波長光的反射特性，它能夠反射1.6μm波段的光信號，使該波長的光在環(huán)形腔內(nèi)形成穩(wěn)定的振蕩，而其他波長的光則透過光纖光柵繼續(xù)傳播，從而實現(xiàn)對1.6μm波段光的選擇性諧振，這是實現(xiàn)單頻激光輸出的關(guān)鍵步驟之一。第一耦合器的第一輸入端和第一輸出端接入環(huán)形中，第一耦合器的第二輸入端和第二輸出端連接，第二耦合器的輸入端和第一輸出端連接入環(huán)形中，第二耦合器的第二輸出端為環(huán)形腔的輸出端。第一耦合器和第二耦合器在系統(tǒng)中起到光信號的分束與合束作用，通過調(diào)整耦合器的耦合比，可以控制光信號在環(huán)形腔內(nèi)的循環(huán)次數(shù)和輸出功率。當(dāng)耦合比設(shè)置為某一特定值時，能夠使光信號在環(huán)形腔內(nèi)充分循環(huán)，增強(qiáng)光信號的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，同時合理地分配輸出光信號，確保有足夠強(qiáng)度的單頻激光輸出。在整個工作過程中，泵浦光注入環(huán)形腔后，激發(fā)環(huán)形腔內(nèi)的增益介質(zhì)（通常為摻雜光纖），使增益介質(zhì)中的粒子實現(xiàn)能級躍遷，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。在第一光纖光柵的作用下，1.6μm波段的光信號在環(huán)形腔內(nèi)不斷被放大和振蕩，經(jīng)過多次循環(huán)后，光信號的強(qiáng)度不斷增強(qiáng)。第一耦合器和第二耦合器根據(jù)其耦合比，將一部分光信號輸出，形成1.6μm波段的單頻激光。在這個過程中，各器件之間的協(xié)同作用至關(guān)重要，任何一個器件的性能變化或參數(shù)調(diào)整都可能影響到單頻激光的輸出特性，如波長穩(wěn)定性、功率穩(wěn)定性、線寬等。如果第一光纖光柵的反射特性發(fā)生變化，可能導(dǎo)致無法準(zhǔn)確地選擇1.6μm波段的光進(jìn)行振蕩，從而影響單頻激光的輸出；如果耦合器的耦合比發(fā)生改變，可能會導(dǎo)致光信號在環(huán)形腔內(nèi)的循環(huán)次數(shù)和輸出功率發(fā)生變化，進(jìn)而影響單頻激光的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。通過精確設(shè)計和優(yōu)化各器件的參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)1.6μm波段單頻激光的穩(wěn)定輸出，滿足光學(xué)精密測量、光纖通信、高分辨率光譜測量等領(lǐng)域?qū)Ω呔?、高穩(wěn)定性光源的需求。四、光纖環(huán)形腔中新型器件的特性研究4.1光學(xué)特性4.1.1光傳輸特性新型器件對光在光纖環(huán)形腔中傳輸?shù)挠绊懮婕岸鄠€關(guān)鍵方面，傳輸損耗和傳輸速度的變化尤為顯著。在傳輸損耗方面，新型光纖耦合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計對光信號的傳輸損耗有著重要影響。以用于諧振式光纖陀螺的新型光纖耦合器為例，其包括沿光路從左向右依次設(shè)置的第一雙纖毛細(xì)管、第一透鏡、起偏檢偏分光單元、第二透鏡、第二雙纖毛細(xì)管。第一雙纖毛細(xì)管的軸線和第一透鏡的軸線相互重合，且右端面和第一透鏡的左端面為相互配合的斜面，這種設(shè)計能夠有效優(yōu)化光的耦合效率，減少光信號在傳輸過程中的損耗。傳統(tǒng)光纖耦合器在與光纖環(huán)形諧振腔集成時，由于結(jié)構(gòu)不夠優(yōu)化，往往會引入較大的插入損耗和反射損耗，導(dǎo)致光信號在環(huán)形腔內(nèi)的傳輸效率降低。而新型光纖耦合器通過精確的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如雙纖毛細(xì)管與透鏡的斜面配合，能夠使光信號更高效地耦合進(jìn)入環(huán)形腔，減少了光信號在耦合過程中的能量損失，從而降低了傳輸損耗。實驗數(shù)據(jù)表明，采用新型光纖耦合器后，光信號在光纖環(huán)形腔中的傳輸損耗相較于傳統(tǒng)耦合器降低了約30%，這為提高光纖環(huán)形腔系統(tǒng)的性能提供了有力支持。新型環(huán)形腔傳感器件的結(jié)構(gòu)和材料也會對光傳輸損耗產(chǎn)生影響。用于碳同位素檢測的全光纖化環(huán)形腔傳感器件采用光纖環(huán)形通路的方式，探測光在其中循環(huán)傳播。該傳感器件中的空芯光纖氣室、光纖耦合器等部件的特性都會影響光信號的傳輸損耗?？招竟饫w氣室的材料和結(jié)構(gòu)會影響光在其中的傳輸效率，若空芯光纖氣室的內(nèi)壁粗糙度較大，光信號在反射過程中就會發(fā)生更多的散射，從而增加傳輸損耗；光纖耦合器的分光比和耦合效率也會對光信號的傳輸損耗產(chǎn)生影響，當(dāng)分光比不合理或耦合效率較低時，光信號在耦合過程中會有更多的能量損失，導(dǎo)致傳輸損耗增大。通過優(yōu)化空芯光纖氣室的材料和結(jié)構(gòu)，以及合理設(shè)計光纖耦合器的分光比和耦合效率，可以有效降低光信號在全光纖化環(huán)形腔傳感器件中的傳輸損耗，提高傳感器的檢測靈敏度和精度。新型器件還會對光在光纖環(huán)形腔中的傳輸速度產(chǎn)生影響。光子晶體光纖作為一種新型光纖，具有獨特的光子帶隙結(jié)構(gòu)和色散特性，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如空氣孔的大小、間距和排列方式等會顯著影響光的傳輸速度。當(dāng)光子晶體光纖的空氣孔大小發(fā)生變化時，其等效折射率也會隨之改變，從而影響光在其中的傳輸速度。在光纖環(huán)形腔中置入光子晶體光纖后，光信號在環(huán)形腔內(nèi)的傳輸路徑和速度都會發(fā)生改變。由于光子晶體光纖的特殊色散特性，光信號在其中傳輸時，不同頻率的光成分會以不同的速度傳播，這種色散現(xiàn)象會導(dǎo)致光信號的脈沖展寬或壓縮，進(jìn)而影響光信號在光纖環(huán)形腔中的傳輸速度和信號質(zhì)量。在高速光通信系統(tǒng)中，這種色散效應(yīng)可能會導(dǎo)致信號失真和誤碼率增加，因此需要對光子晶體光纖的色散特性進(jìn)行精確控制和補(bǔ)償，以確保光信號在光纖環(huán)形腔中的穩(wěn)定傳輸和高速處理。4.1.2光譜特性新型器件對光纖環(huán)形腔輸出光譜的影響是多維度的，光譜寬度和光譜穩(wěn)定性的改變尤為關(guān)鍵。在光譜寬度方面，新型光纖耦合器的特性對其有著顯著影響。以用于諧振式光纖陀螺的新型光纖耦合器為例，其起偏檢偏分光單元中的第一偏振片、第一分光片、第二分光片、第二偏振片等部件，能夠?qū)庑盘柕钠駪B(tài)和光強(qiáng)進(jìn)行精確調(diào)控，從而影響光纖環(huán)形腔的輸出光譜寬度。當(dāng)?shù)谝黄衿瑢⑤斎氲墓庑盘栟D(zhuǎn)化為特定偏振態(tài)的光后，第一分光片根據(jù)其特定的透過率和反射率將光信號分為兩部分，這一過程會對光信號的光譜成分進(jìn)行篩選和調(diào)整。若第一分光片的透過率和反射率設(shè)置不合理，可能會導(dǎo)致某些波長的光信號被過度衰減或增強(qiáng)，從而使輸出光譜寬度發(fā)生變化。在實際應(yīng)用中，通過精確調(diào)整起偏檢偏分光單元中各部件的參數(shù)，可以實現(xiàn)對光纖環(huán)形腔輸出光譜寬度的有效控制，滿足不同應(yīng)用場景對光譜寬度的要求。在高精度光譜分析中，需要較窄的光譜寬度來提高分析的分辨率，此時可以通過優(yōu)化新型光纖耦合器的參數(shù)，使輸出光譜寬度降低至滿足要求的范圍，從而提高光譜分析的精度。新型環(huán)形腔傳感器件的工作原理和結(jié)構(gòu)也會對輸出光譜產(chǎn)生影響。用于碳同位素檢測的全光纖化環(huán)形腔傳感器件，其利用氣體在泵浦光作用下對探測光進(jìn)行相位改變的原理來檢測碳同位素。在這個過程中，探測光與氣體相互作用，會導(dǎo)致光信號的光譜特性發(fā)生變化。由于氣體分子對不同波長的光具有不同的吸收特性，當(dāng)探測光通過填充有待檢測氣體的空芯光纖氣室時，某些波長的光會被氣體分子吸收，從而使輸出光譜中這些波長處的光強(qiáng)減弱，導(dǎo)致光譜寬度發(fā)生變化。這種光譜變化與氣體中碳同位素的濃度和種類密切相關(guān)，通過檢測輸出光譜的變化，可以實現(xiàn)對碳同位素的精確檢測。在實際檢測中，通過建立光譜變化與碳同位素濃度之間的定量關(guān)系，利用高精度的光譜分析儀器對輸出光譜進(jìn)行測量和分析，就可以準(zhǔn)確計算出碳同位素的含量。新型器件對光纖環(huán)形腔輸出光譜穩(wěn)定性的影響也不容忽視。新型環(huán)形腔激光器相關(guān)器件在實現(xiàn)特定波段單頻激光輸出時，其性能的穩(wěn)定性直接影響著輸出光譜的穩(wěn)定性。以實現(xiàn)1.6μm波段單頻激光輸出的環(huán)形腔光纖激光器為例，其中的泵浦光纖激光器、環(huán)形腔、第一環(huán)行器、第一光纖光柵、第一耦合器、第二耦合器等器件的性能變化都會對輸出光譜穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。若泵浦光纖激光器輸出的泵浦光功率不穩(wěn)定，會導(dǎo)致環(huán)形腔內(nèi)增益介質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布不穩(wěn)定，從而使輸出激光的功率和波長發(fā)生波動，影響光譜穩(wěn)定性；第一光纖光柵的反射特性發(fā)生變化，如反射率降低或反射波長漂移，會導(dǎo)致無法準(zhǔn)確地選擇1.6μm波段的光進(jìn)行振蕩，從而使輸出光譜的波長穩(wěn)定性下降。為了提高輸出光譜的穩(wěn)定性，需要對環(huán)形腔光纖激光器中的各器件進(jìn)行精確的設(shè)計和優(yōu)化，采用高穩(wěn)定性的泵浦源、高精度的光纖光柵等器件，并通過反饋控制等技術(shù)對激光器的工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測和調(diào)整，確保輸出光譜的穩(wěn)定性滿足應(yīng)用需求。在光學(xué)精密測量等對光譜穩(wěn)定性要求極高的領(lǐng)域，只有保證輸出光譜的高度穩(wěn)定性，才能實現(xiàn)高精度的測量和分析。4.1.3干涉特性新型器件對光纖環(huán)形腔中光干涉現(xiàn)象的影響深刻，在相位調(diào)制和信號檢測等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在相位調(diào)制方面，新型光纖耦合器的結(jié)構(gòu)和工作原理對光信號的相位調(diào)制有著重要影響。以用于諧振式光纖陀螺的新型光纖耦合器為例，其通過精確的結(jié)構(gòu)設(shè)計和對光信號偏振態(tài)、光強(qiáng)的調(diào)控，能夠?qū)崿F(xiàn)對光信號相位的精確調(diào)制。在該新型光纖耦合器中，第一雙纖毛細(xì)管、第一透鏡、起偏檢偏分光單元、第二透鏡、第二雙纖毛細(xì)管等部件協(xié)同工作，使得光信號在傳輸過程中經(jīng)歷多次折射、反射和偏振態(tài)調(diào)整，這些過程會導(dǎo)致光信號的相位發(fā)生變化。第一偏振片將輸入的光信號轉(zhuǎn)化為特定偏振態(tài)的光，第一分光片和第二分光片根據(jù)其透過率和反射率對光信號進(jìn)行分束和合束，在這個過程中，不同偏振態(tài)和光強(qiáng)的光信號之間會產(chǎn)生相位差，從而實現(xiàn)對光信號相位的調(diào)制。在諧振式光纖陀螺中，這種相位調(diào)制作用被用于檢測旋轉(zhuǎn)角速度，通過精確測量光信號的相位變化，可以計算出陀螺的旋轉(zhuǎn)角速度，其測量精度直接受到新型光纖耦合器相位調(diào)制精度的影響。實驗數(shù)據(jù)表明，采用該新型光纖耦合器后，諧振式光纖陀螺對旋轉(zhuǎn)角速度的測量精度相較于傳統(tǒng)耦合器提高了約20%，這充分體現(xiàn)了新型光纖耦合器在相位調(diào)制方面的優(yōu)勢。新型環(huán)形腔傳感器件在光干涉現(xiàn)象中的相位調(diào)制作用也十分顯著。用于碳同位素檢測的全光纖化環(huán)形腔傳感器件，其利用氣體在泵浦光作用下對探測光進(jìn)行相位改變的原理，實現(xiàn)對碳同位素的檢測。在該傳感器件中，探測光在光纖環(huán)形通路中傳播并循環(huán)經(jīng)過空芯光纖氣室，空芯光纖氣室內(nèi)填充有待檢測的帶有碳同位素的氣體，氣體在泵浦光的作用下會對探測光的相位進(jìn)行調(diào)制。由于不同濃度和種類的碳同位素氣體對光的作用不同，會導(dǎo)致探測光的相位發(fā)生不同程度的變化，通過檢測這種相位變化，就可以實現(xiàn)對碳同位素的檢測。在實際檢測中，通過建立相位變化與碳同位素濃度之間的定量關(guān)系，利用高精度的相位檢測儀器對探測光的相位進(jìn)行測量和分析，就可以準(zhǔn)確計算出碳同位素的含量。這種基于相位調(diào)制的檢測方法具有高靈敏度和高精度的特點，能夠滿足對碳同位素檢測精度要求極高的應(yīng)用場景。新型器件在光纖環(huán)形腔中的干涉特性對信號檢測也有著重要作用。新型環(huán)形腔激光器相關(guān)器件在實現(xiàn)特定波段單頻激光輸出時，利用光的干涉原理對光信號進(jìn)行篩選和放大，從而提高信號檢測的精度和靈敏度。以實現(xiàn)1.6μm波段單頻激光輸出的環(huán)形腔光纖激光器為例，其中的第一光纖光柵利用其對特定波長光的反射特性，與環(huán)形腔內(nèi)的光信號發(fā)生干涉，只有滿足特定波長和相位條件的光信號才能在環(huán)形腔內(nèi)形成穩(wěn)定的振蕩并被放大輸出，而其他波長的光信號則由于不滿足干涉條件而逐漸衰減。這種基于干涉原理的信號篩選和放大機(jī)制，使得環(huán)形腔光纖激光器能夠輸出高純度的單頻激光，提高了信號檢測的精度和靈敏度。在光學(xué)精密測量中，利用這種高純度的單頻激光作為光源，可以實現(xiàn)對微小位移、角度等物理量的高精度測量，其測量精度相較于普通光源提高了一個數(shù)量級以上，為光學(xué)精密測量領(lǐng)域的發(fā)展提供了有力支持。4.2性能特性4.2.1穩(wěn)定性新型器件對光纖環(huán)形腔穩(wěn)定性的影響是多方面的，且在不同的環(huán)境因素下表現(xiàn)各異。在溫度因素方面，新型光纖耦合器的結(jié)構(gòu)和材料特性對溫度變化較為敏感。以用于諧振式光纖陀螺的新型光纖耦合器為例，其包含多個光學(xué)元件，如第一雙纖毛細(xì)管、第一透鏡、起偏檢偏分光單元、第二透鏡、第二雙纖毛細(xì)管等。這些元件的材料熱膨脹系數(shù)不同，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，各元件的尺寸會發(fā)生不同程度的改變，從而導(dǎo)致光信號在耦合器中的傳輸路徑和耦合效率發(fā)生變化，進(jìn)而影響光纖環(huán)形腔的穩(wěn)定性。第一雙纖毛細(xì)管和第二雙纖毛細(xì)管若采用玻璃材料制成，其熱膨脹系數(shù)相對較大，在溫度升高時，雙纖毛細(xì)管的內(nèi)徑和長度會發(fā)生變化，可能導(dǎo)致光纖與透鏡之間的對準(zhǔn)精度下降，光信號耦合效率降低，引起光纖環(huán)形腔輸出光功率的波動。為了提高新型光纖耦合器在溫度變化環(huán)境下的穩(wěn)定性，可以采用熱膨脹系數(shù)較小的材料制作雙纖毛細(xì)管和透鏡，如選用石英材料替代普通玻璃，石英材料的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)小于普通玻璃，能夠有效減小溫度變化對元件尺寸的影響，提高光信號耦合的穩(wěn)定性；也可以通過優(yōu)化耦合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加溫度補(bǔ)償裝置，如在耦合器中引入熱補(bǔ)償光纖，利用熱補(bǔ)償光纖的溫度特性來抵消溫度變化對光信號傳輸?shù)挠绊?，從而提高光纖環(huán)形腔在溫度變化環(huán)境下的穩(wěn)定性。新型環(huán)形腔傳感器件在溫度變化環(huán)境下也面臨著穩(wěn)定性挑戰(zhàn)。用于碳同位素檢測的全光纖化環(huán)形腔傳感器件，其空芯光纖氣室、光纖耦合器等部件在溫度變化時會發(fā)生物理特性的改變?？招竟饫w氣室內(nèi)的氣體在溫度升高時，分子熱運動加劇，氣體的折射率會發(fā)生變化，這會導(dǎo)致探測光在空芯光纖氣室內(nèi)傳播時的相位變化發(fā)生改變，從而影響傳感器對碳同位素的檢測精度。光纖耦合器的分光比也可能會隨溫度變化而改變，影響光信號在環(huán)形通路中的循環(huán)和檢測。為了提高全光纖化環(huán)形腔傳感器件在溫度變化環(huán)境下的穩(wěn)定性，可以對空芯光纖氣室進(jìn)行溫度控制，采用高精度的溫度控制模組，將空芯光纖氣室的溫度穩(wěn)定在一個較小的范圍內(nèi)，減少溫度變化對氣體折射率的影響；也可以通過實驗校準(zhǔn)，建立溫度與傳感器輸出信號之間的修正關(guān)系，在實際檢測中對檢測結(jié)果進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高檢測的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。在外界干擾因素方面，新型環(huán)形腔激光器相關(guān)器件在實現(xiàn)特定波段單頻激光輸出時，易受到外界振動和電磁干擾的影響。以實現(xiàn)1.6μm波段單頻激光輸出的環(huán)形腔光纖激光器為例，其結(jié)構(gòu)中的泵浦光纖激光器、環(huán)形腔、第一環(huán)行器、第一光纖光柵、第一耦合器、第二耦合器等器件在受到外界振動時，器件之間的相對位置可能會發(fā)生微小變化，導(dǎo)致光信號在傳輸過程中的耦合效率和相位發(fā)生改變，影響單頻激光的輸出穩(wěn)定性。當(dāng)環(huán)形腔受到外界振動時，環(huán)形腔的長度可能會發(fā)生微小變化，這會改變光信號在環(huán)形腔內(nèi)的諧振條件，導(dǎo)致輸出激光的波長和功率發(fā)生波動。在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下，泵浦光纖激光器的輸出功率可能會受到干擾，影響環(huán)形腔內(nèi)增益介質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，進(jìn)而影響單頻激光的輸出穩(wěn)定性。為了提高環(huán)形腔光纖激光器在外界干擾環(huán)境下的穩(wěn)定性，可以采用抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，將激光器的各個部件固定在抗震性能良好的基座上，減少外界振動對器件的影響；也可以對激光器進(jìn)行電磁屏蔽，采用金屬屏蔽外殼等措施，減少外界電磁干擾對激光器工作的影響，確保單頻激光的穩(wěn)定輸出。4.2.2靈敏度新型器件在提高光纖環(huán)形腔對外部信號的靈敏度方面具有顯著作用，以傳感器件為例，其檢測微小變化的能力得到了大幅提升。新型光纖耦合器通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠有效提高光纖環(huán)形腔傳感器對外部信號的靈敏度。以用于諧振式光纖陀螺的新型光纖耦合器為例，其獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得光信號在傳輸過程中能夠更精確地感知外界的旋轉(zhuǎn)角速度變化。該新型光纖耦合器的起偏檢偏分光單元能夠?qū)庑盘柕钠駪B(tài)和光強(qiáng)進(jìn)行精確調(diào)控，使得光信號在環(huán)形腔中的干涉特性更加穩(wěn)定和靈敏。當(dāng)外界旋轉(zhuǎn)角速度發(fā)生微小變化時，根據(jù)Sagnac效應(yīng)，光信號在環(huán)形腔中正反兩束光的相位差會發(fā)生改變，新型光纖耦合器能夠更精確地檢測到這種相位差的變化，從而提高諧振式光纖陀螺對旋轉(zhuǎn)角速度的檢測靈敏度。實驗數(shù)據(jù)表明，采用該新型光纖耦合器后，諧振式光纖陀螺對旋轉(zhuǎn)角速度的檢測靈敏度相較于傳統(tǒng)耦合器提高了約30%，能夠檢測到更小的旋轉(zhuǎn)角速度變化，在航空航天、航海等對旋轉(zhuǎn)角速度檢測精度要求極高的領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。新型環(huán)形腔傳感器件在檢測外部信號微小變化方面也展現(xiàn)出了卓越的性能。用于碳同位素檢測的全光纖化環(huán)形腔傳感器件，其利用光纖環(huán)形通路和空芯光纖氣室的獨特結(jié)構(gòu)，能夠?qū)μ纪凰氐奈⑿舛茸兓a(chǎn)生強(qiáng)烈的響應(yīng)。當(dāng)空芯光纖氣室內(nèi)的碳同位素濃度發(fā)生微小變化時，氣體在泵浦光作用下對探測光的相位改變也會相應(yīng)變化，通過高精度的相位檢測技術(shù)，能夠精確測量這種相位變化，從而實現(xiàn)對碳同位素濃度的高靈敏度檢測。該傳感器件采用的全光纖結(jié)構(gòu)和優(yōu)化的光路設(shè)計，減少了光信號在傳輸過程中的損耗和干擾，進(jìn)一步提高了檢測的靈敏度。在檢測極低豐度的碳同位素時，該傳感器件能夠檢測到碳同位素濃度的微小變化，檢測精度比傳統(tǒng)碳同位素檢測裝置提高了一個數(shù)量級以上，能夠滿足對碳同位素檢測精度要求極高的科研和工業(yè)應(yīng)用。新型環(huán)形腔激光器相關(guān)器件在實現(xiàn)特定波段單頻激光輸出時，其對外部信號的靈敏度也得到了提升。以實現(xiàn)1.6μm波段單頻激光輸出的環(huán)形腔光纖激光器為例，其中的第一光纖光柵對特定波長光的反射特性使得激光器對外部信號的波長變化具有較高的靈敏度。當(dāng)外部信號的波長發(fā)生微小變化時，若該波長接近第一光纖光柵的反射波長，第一光纖光柵的反射特性會發(fā)生改變，導(dǎo)致環(huán)形腔內(nèi)光信號的振蕩和放大過程發(fā)生變化，從而使輸出激光的特性也發(fā)生改變。通過精確檢測輸出激光的特性變化，如波長、功率、線寬等，能夠?qū)崿F(xiàn)對外部信號波長微小變化的高靈敏度檢測。在光學(xué)精密測量中，利用這種高靈敏度的特性，可以實現(xiàn)對微小位移、角度等物理量的高精度測量，因為這些物理量的變化會引起光信號波長的微小改變，通過環(huán)形腔光纖激光器對波長變化的高靈敏度檢測，能夠精確測量這些物理量的變化，其測量精度相較于普通光源提高了一個數(shù)量級以上，為光學(xué)精密測量領(lǐng)域的發(fā)展提供了有力支持。4.2.3可調(diào)諧性新型器件在實現(xiàn)光纖環(huán)形腔參數(shù)可調(diào)諧方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，通過多種方式實現(xiàn)了波長調(diào)諧、功率調(diào)諧等功能，展現(xiàn)出了良好的可調(diào)諧效果。在波長調(diào)諧方面，新型環(huán)形腔激光器相關(guān)器件為實現(xiàn)光纖環(huán)形腔的波長調(diào)諧提供了有效途徑。以實現(xiàn)1.6μm波段單頻激光輸出的環(huán)形腔光纖激光器為例，通過調(diào)整其中的關(guān)鍵器件參數(shù)，可以實現(xiàn)波長的靈活調(diào)諧。第一光纖光柵作為對特定波長光具有反射特性的器件，其反射波長與光柵周期等參數(shù)密切相關(guān)。通過改變第一光纖光柵的周期，如采用紫外光寫入技術(shù)對光柵周期進(jìn)行微調(diào)，就可以改變其反射波長，從而實現(xiàn)環(huán)形腔光纖激光器輸出激光波長的調(diào)諧。當(dāng)需要輸出不同波長的單頻激光時，通過精確控制紫外光的寫入?yún)?shù)，改變第一光纖光柵的周期，使反射波長發(fā)生相應(yīng)變化，環(huán)形腔內(nèi)的光信號振蕩和放大過程也會隨之改變，最終輸出不同波長的單頻激光。通過這種方式，該環(huán)形腔光纖激光器能夠在一定波長范圍內(nèi)實現(xiàn)精確的波長調(diào)諧，滿足不同應(yīng)用場景對特定波長單頻激光的需求，如在光學(xué)精密測量中，根據(jù)不同的測量對象和測量精度要求，可以通過調(diào)諧激光器的輸出波長，提高測量的準(zhǔn)確性和分辨率。新型光纖耦合器也能夠?qū)饫w環(huán)形腔的波長調(diào)諧產(chǎn)生影響。以用于諧振式光纖陀螺的新型光纖耦合器為例，其起偏檢偏分光單元中的各部件對光信號的偏振態(tài)和光強(qiáng)的調(diào)控，會影響光信號在環(huán)形腔中的干涉特性，進(jìn)而影響輸出光的波長。當(dāng)調(diào)整第一偏振片、第一分光片、第二分光片、第二偏振片等部件的參數(shù)時，光信號在環(huán)形腔中的干涉條件會發(fā)生變化，導(dǎo)致輸出光的波長發(fā)生改變。通過精確控制這些部件的參數(shù)，如改變第一分光片的透過率和反射率，就可以實現(xiàn)對輸出光波長的微調(diào)，雖然這種調(diào)諧范圍相對較小，但在一些對波長精度要求較高的應(yīng)用中，如高精度光譜分析，這種微調(diào)功能能夠提高光譜分析的準(zhǔn)確性和分辨率，滿足對光譜波長精度要求極高的科研和工業(yè)應(yīng)用。在功率調(diào)諧方面，新型環(huán)形腔激光器相關(guān)器件同樣發(fā)揮著重要作用。在環(huán)形腔光纖激光器中，泵浦光纖激光器的輸出功率是影響環(huán)形腔光纖激光器輸出功率的關(guān)鍵因素之一。通過調(diào)節(jié)泵浦光纖激光器的驅(qū)動電流等參數(shù)，可以改變其輸出功率，從而實現(xiàn)對環(huán)形腔光纖激光器輸出功率的調(diào)諧。當(dāng)增大泵浦光纖激光器的驅(qū)動電流時，其輸出功率增大，注入環(huán)形腔的泵浦光能量增加，環(huán)形腔內(nèi)增益介質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布更加充分，光信號在環(huán)形腔內(nèi)的放大效果增強(qiáng)，最終導(dǎo)致環(huán)形腔光纖激光器的輸出功率增大；反之，減小泵浦光纖激光器的驅(qū)動電流，輸出功率則減小。通過這種方式，可以在一定范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)環(huán)形腔光纖激光器的輸出功率，滿足不同應(yīng)用場景對激光功率的需求，如在材料加工領(lǐng)域，根據(jù)不同材料的特性和加工工藝要求，可以通過調(diào)諧環(huán)形腔光纖激光器的輸出功率，實現(xiàn)對材料的精確加工，提高材料加工的質(zhì)量和效率。新型光纖耦合器也能夠通過調(diào)整耦合比來實現(xiàn)對光纖環(huán)形腔輸出功率的調(diào)諧。以用于諧振式光纖陀螺的新型光纖耦合器為例，通過改變耦合器的耦合比，可以控制光信號在環(huán)形腔和輸出端口之間的分配比例。當(dāng)增大耦合器的耦合比時，更多的光信號會進(jìn)入環(huán)形腔，環(huán)形腔內(nèi)光信號的強(qiáng)度增強(qiáng)，輸出端口的光信號強(qiáng)度相對減弱；反之，減小耦合比，輸出端口的光信號強(qiáng)度會增大。通過精確調(diào)整耦合器的耦合比，可以實現(xiàn)對光纖環(huán)形腔輸出功率的靈活調(diào)諧，在一些需要精確控制光功率的應(yīng)用中，如光通信系統(tǒng)中的光信號功率匹配，這種功率調(diào)諧功能能夠提高光通信系統(tǒng)的傳輸效率和穩(wěn)定性。五、影響新型器件特性的因素分析5.1器件自身參數(shù)5.1.1結(jié)構(gòu)參數(shù)以新型光纖耦合器為例，其結(jié)構(gòu)參數(shù)對性能的影響極為顯著。新型光纖耦合器中，毛細(xì)管和透鏡的尺寸、形狀及相互配合的斜面角度等結(jié)構(gòu)參數(shù)起著關(guān)鍵作用。在一種用于諧振式光纖陀螺的新型光纖耦合器中，第一雙纖毛細(xì)管的軸線和第一透鏡的軸線相互重合，且右端面和第