光纤像切分器相关器件的设计与研究

发布时间：2017-12-09 08:00

  本文关键词：光纤像切分器相关器件的设计与研究

  更多相关文章： 光纤像切分器 缓变光纤 多芯光纤 模式耦合 拉锥系统

【摘要】：天文光子学是天文学与光子学的交叉学科,研究目的是将光技术应用于天文观测中。光谱观测是天文观测的重要手段之一,高分辨率光谱仪不可或缺。随着光谱仪分辨率不断提高,入射光信号的利用率却不断下降。像切分器作为一种光学器件为提高光效率发挥了重要的作用,它将天文望远镜采集到的星像切分成几份,然后输入到光谱仪的狭缝中,有效的提高了光信号的利用率。传统的像切分器由透镜组和反射镜组制成,对各部件的加工精度要求较高,而且结构复杂,体积偏大,不易安装。光纤作为一种新型的光传输媒介被提出后,以其独特的性能受到各界研究人员的青睐,也为像切分器开拓了新的发展空间。光纤型像切分器不仅制作容易,结构简单,安装便捷,而且由于光纤种类繁多,可根据实际需求,选择合适类型的光纤制作器件,以实现不同的功能。本文根据像切分器的工作原理,设计了一种新型光纤像切分器。该像切分器包含三个部分——光纤光子灯笼、光纤刷和二者之间的连接光纤。光纤光子灯笼与光纤刷均经过拉锥制成,光纤光子灯笼锥区末端芯层为圆形,用于接收望远镜的出射光信号,光纤刷锥区末端芯层为一字排列多芯结构,用于将光信号输入光谱仪。本课题的主要研究内容包括:1.基于光纤光子灯笼和光纤刷的设计结构,研究了锥形缓变光纤的模式理论和多芯光纤的耦合理论。对于锥形光纤器件,当锥区变化的足够缓慢时,可以用局部模式对锥区中的传播模式进行近似,局部模式功率的变化可以忽略。当波导中包含多根光纤时,模式在各光纤中耦合,耦合强度随光纤的归一化频率和光纤间距的变化而变化。在锥区中,嵌入光纤的直径和间距均发生改变,因而耦合效应在整个锥区中也发生变化,越靠近锥区细端,耦合越明显。2.本文设计并制作了大热区可移动面型火焰拉锥系统,用于将光纤预制棒拉锥成特殊的结构,例如光纤光子灯笼、光纤刷等。该系统的最大特点是加热器可移动,且移动速度和距离可调,从而实现了可调式大热区加热。通过大热区加热,显著延长了锥区长度,减小了器件的传输损耗。加热器的出气孔采用线型设计,七个直径为0.5mm的气孔直线排列,产生面型火焰,一方面降低了加热火焰的宽度,利于对锥区形状的控制,另一方面保证了火焰的长度,能够加热不同直径的预制棒。通过控制丁烷与氧气的流量比例可实现不同的加热温度,以适应不同的拉锥需求。3.设计并制作了一种特殊的光纤光子灯笼,采用大芯径塑料包层光纤作为嵌入光纤。该特种光纤的包层可以溶于丙酮溶液,而纤芯完好无损。将光纤包层除去后进行嵌入并拉锥,可保证拉锥形成的锥区末端芯层折射率分布均匀,从而使光场均匀分布,克服了嵌入单模光纤后锥区末端光场不均匀的缺陷。4.设计并制作了新型的光纤器件——光纤刷,可用于向光谱仪狭缝中输入光信号。该器件是将七根裸光纤嵌入光子晶体光纤预制棒的一排空气孔中,经熔融拉锥形成,锥区末端具有一字排列的七芯结构。模式在锥区传播的过程中,将在各嵌入光纤之间进行耦合,从而实现圆形模场向条形模场的转换。本文的主要创新点如下:1.设计并制作了大热区可移动面型火焰拉锥系统,实现了可调式大热区加热,可有效的控制器件锥区的长度及形状。2.使用大芯径塑料包层光纤作为嵌入光纤制作了特殊结构的光纤光子灯笼,在锥区末端实现了均匀的光场分布。3.设计并制作了新型的光纤器件——光纤刷,与光纤光子灯笼组合使用,实现了圆形模场向条形模场的转换。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH75;TN253

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈秀娥;;苏联研制成能经受低温的光纤[J];激光与光电子学进展;1986年12期

2 蔡春平，高秀敏;光纤弯曲与抗弯曲光纤[J];应用光学;1996年03期

3 ;光纤及其传输理论[J];中国光学与应用光学文摘;2001年03期

4 尚守锋;顾庆昌;陈伟;;浅谈光纤熔接技术[J];科技信息;2012年07期

5 刘福华;安毓英;王群书;王平;邵碧波;陈绍武;;脉冲γ射线对光纤的辐射效应[J];强激光与粒子束;2010年07期

6 杨利敏;裴丽;;双芯光纤的制作及应用研究[J];光电技术应用;2012年04期

7 陈曼雅;冯素春;任国斌;;双芯光纤的应用及研究进展[J];激光与红外;2013年06期

8 邢剑;郑丹;;光纤参数测试方法的研究[J];数字技术与应用;2013年06期

9 袁启华;崔华;;光纤制造中的掺氟问题[J];化学通报;1987年10期

10 赵士刚;苑立波;;四芯光纤的远场干涉特性研究[J];光子学报;2007年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 俞华;黄本华;刘炯;洪留明;;光纤剥离力的影响因素分析[A];光纤材料产业技术创新战略联盟（试点）推进暨学术研讨会论文集[C];2012年

2 薛梦驰;;光纤的弯曲损耗、抗弯曲光纤标准G．657及试验[A];中国通信学会2007年光缆电缆学术年会论文集[C];2007年

3 赵建东;贺作为;王德荣;;适用于光纤到户的抗弯曲光纤[A];中国通信学会2006年光缆学术年会论文集[C];2006年

4 汪洪海;程铭;;DMD在高贝~(?)光纤测试中的应用[A];中国通信学会2002年光缆电缆学术年会论文集[C];2002年

5 宋君;王樯;王德荣;;光缆中光纤PMD特性的研究[A];中国通信学会2006年光缆学术年会论文集[C];2006年

6 张少飞;陈文建;;光纤传像束串扰率的测量研究[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年

7 黄方平;;光纤初次涂层模量测试方法[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议（OFCIO’2001）论文集[C];2001年

8 吴平辉;隋成华;魏高尧;;纳米光纤的光学传输特性及其应用[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集（上册）[C];2009年

9 迟泽英;陈文建;李武森;蔡振治;;无源光纤传像技术军事应用研究[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

10 崔得东;郝重阳;宁瑾歌;;制导光纤弯曲损耗研究[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集（E 光电子器件技术专题）[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 亨通光纤科技有限公司 俞亮　郭浩林 陆国庆 焦猛 廖平录;耐高温光纤开拓光纤应用新市场[N];人民邮电;2013年

2 严尉镇;天气炎热 4种耐高温光纤显身手[N];人民邮电;2014年

3 江苏亨通光电股份公司 尹纪成　王英明 周春东 窦方芹;2010年光纤产业产能突破1亿芯公里[N];通信产业报;2011年

4 本报记者 冯健;光纤市场趋稳 行业竞争加剧[N];中国电子报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 于海娇;光纤像切分器相关器件的设计与研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

2 卫正统;微纳光纤倏逝场特性及微污染传感技术研究[D];国防科学技术大学;2013年

3 张强;全光纤低频振动传感器关键技术研究[D];重庆大学;2015年

4 孙将;基于强耦合波双芯光纤的多波长激光器和强激光少模光纤的研究[D];北京交通大学;2016年

5 刘超;光纤声光可调谐滤波器的特性研究及应用[D];北京交通大学;2016年

6 周航;高效率光纤合束器关键技术研究[D];国防科学技术大学;2015年

7 陈郁芝;新型结构的光纤表面等离子体共振传感器及其生化应用研究[D];深圳大学;2017年

8 刘晓慧;免标记光纤珐—珀生物传感机理与实验研究[D];山东大学;2017年

9 廉玉东;新型特种光纤及其应用的研究[D];北京交通大学;2017年

10 周旋风;大功率光纤端帽和光纤功率合束器研究[D];国防科学技术大学;2016年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 吴继旋;基于微纳光纤的磁场可调谐器件的理论与实验研究[D];天津理工大学;2015年

2 孙慧慧;光纤内马赫泽德干涉微腔的飞秒激光制备及温盐传感特性[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 柯华恒;基于光功率探测型光纤熔接机五维自动对准系统的研究与设计[D];福建师范大学;2015年

4 陈施洁;基于LP_(21)模式的单光纤光镊系统研究[D];浙江大学;2015年

5 刘凌辉;长距离锥形光纤灯的研究[D];河南师范大学;2015年

6 柳媛瑾;短距离光纤应变传感系统[D];复旦大学;2014年

7 钱文婷;光纤延迟线环境适应性及精度研究[D];电子科技大学;2015年

8 郑杨子;微纳光纤的制备和传感应用[D];中国计量学院;2015年

9 徐翠萍;光纤锥气相刻蚀的制备方法研究[D];安徽大学;2016年

10 杨芳;通信用多芯光纤的光学特性研究[D];华中科技大学;2014年

，

本文编号：1269622