偏芯光纤弯曲损耗特性研究

发布时间：2019-08-07 08:37

【摘要】：光纤作为各种光学设备的基础器件之一,目前已广泛应用于传感技术、激光器技术以及高速光通信系统中。同时,新技术的不断进步也大大推动了光纤技术的发展,出现了各种特种光纤,其中偏芯光纤即属于特种光纤中的一种。由于光纤纤芯偏离中心轴线,形成光纤的不对称结构,并且纤芯较之传统光纤更加靠近包层边界,导致其光纤传输特性产生不同于传统光纤的变化。目前,偏芯光纤已经在光纤衰减器、干涉折射率传感器、激光器等领域得到了广泛研究。本文的主要研究内容如下:首先,分析了课题的研究背景及意义,深入了解了光纤传感器和弯曲损耗理论的国内外发展现状,预测了偏芯光纤在未来全光纤集成器件和光纤传感领域的发展优势,明确了本课题的研究方向。其次,详细阐述了光纤光学传输理论基础,研究了光纤的射线光学理论和波动光学理论;阐述了弯曲光纤的等效折射率分析法;介绍了几种常用的光纤传输特性数值模拟方法,分析了其优缺点,确定采用BPM方法对偏芯光纤的光传输特性进行模拟仿真分析。再次,根据传统光纤光学传输基础理论建立了偏芯光纤的理论计算模型,通过求解一般三层光纤波导的特征方程,利用电磁场的保角变换关系得到了偏芯光纤的对应的传播常数。将传统弯曲损耗理论应用在偏芯光纤上,得出了不同偏芯距离时的弯曲损耗强度。最后,运用Rsoft软件中的Beam PROP模块对偏芯光纤进行光学结构建模,设置光源、检测器及光纤的各项参数,观测出偏芯光纤中在不同弯曲半径时的光功率衰减情况,并通过变化偏芯距离,得到了弯曲损耗的变化趋势。并与之前的理论研究进行对比分析,最终得出结论。
【图文】：

偏芯光纤弯曲损耗特性研究,王烁;2015年

燕山大学工学硕士学位论文第 2 章光纤基本传输理论光纤(optical fiber)是一圆柱形对称介质光波导，由纤芯(core)、包层(cladding)以层(coating)组成[39-40]，如图 2-1 所示。就折射率而言，光纤纤芯略高于包层折，所以根据全反射原理光波会在纤芯-包层界面始终被反射并约束在纤芯内，而纤轴线的方向传输。光纤的结构参数，如折射率，，纤芯包层直径，长度等都直定了光信号在光纤中传播时的特性[41]。

偏芯光纤弯曲损耗特性研究,王烁;2015年

涂层包层1n2n3n3n图 2-2 (GRIN)光纤中的光线轨迹图.1.2 子午光纤当光纤的横向直径远大于光波波长时，可以利用光线理论来分析光纤传输。理论的基础是菲涅尔定律。菲涅尔定律揭示了光最基本的反射与折射原理。光射率为阶跃型的直光纤中的传输如图 2-3
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN253

【参考文献】