空芯负曲率光纤传输特性及相关传感器研究

发布时间：2020-05-27 01:29

【摘要】：随着光纤通信技术的发展,目前对于各种特种光纤的需求也逐渐增大,相对于石英纤芯的光纤,空芯光纤具有一定的优势。空芯负曲率光纤是目前空芯光纤研究的一个热点,如何设计具有优异传输特性的空芯负曲率光纤并扩宽空芯负曲率光纤的应用是目前急需解决的问题。本文采用全矢量有限元方法对空芯负曲率光纤的传输特性进行了研究,同时设计了基于空芯负曲率光纤的温度传感器与折射率传感器。首先,简要介绍了本课题的研究背景与意义,并详细说明了目前国内外关于空芯负曲率光纤的研究现状。同时介绍了空芯负曲率光纤反谐振反射和抑制模式耦合的导光机理,并对全矢量有限元模拟方法的相关理论知识进行了描述。其次,对不同结构的空芯负曲率光纤的限制损耗、弯曲损耗与单模特性等传输特性进行了研究,在结构上主要包括圆形与椭圆形单独包层管空芯负曲率光纤,并在其中加入不同形状的嵌套管,同时对各种结构的传输特性进行了对比。再次,设计了基于空芯负曲率光纤的温度传感器,根据温敏液体折射率随温度发生改变的特性,结合金层的表面等离子体共振效应,使纤芯支持的模式与金层支持的模式发生耦合,得到不同温度下的限制损耗曲线,根据曲线的飘移得到传感器的灵敏度。最后,设计了基于空芯负曲率光纤的折射率传感器,研究了圆形包层管的管壁厚度、相邻包层管之间的间隙以及椭圆形包层管的椭圆度对基于空芯负曲率光纤的折射率传感器灵敏度的影响。
【图文】：

纤芯边界处形成了负曲率纤芯边界。负曲率的意思是纤芯柱坐标系的径向单元矢量方向相反。HC-NCF 能够限制光因是包层管壁的反谐振效应和抑制纤芯支持的模式与包层合。负曲率光纤的导光机理谐振效应效应是 HC-NCF 能够在空芯中进行导光的一个重要原因，与反谐振效应的原理示意图，在玻璃材料区域内，纵波矢kT=k0(n21-n20)1/2，其中 k0=2π/λ，为真空中波矢量，λ 为波长。差为 π 的偶数倍，则对应的石英玻璃的厚度为 t=mλ/[2(n21-n；当发生反谐振时，相位差为 π 的奇数倍，则此时得到的(m-0.5)λ/[2(n21-n20)1/2][38]。

6 7 8 9 10 11 12 130.99900.99910.99920.99930.99940.9995B3B2B1A2A3fEectivefinedg(mm)图 2-4 N=4 时 HC-NCF 不同 g 时各模式的有效折射率管的间隙g较小时，光纤的包层管的直径dtube会大于光纤的支持的模式的有效折射率大于纤芯支持的模式的有效折射g 的逐渐增大，包层管的直径 dtube逐渐减小，当包层管的直同样大小时，光纤的纤芯模式与包层管模式发生耦合；随步增大，光纤的包层管直径 dtube小于光纤的纤芯直径，，因折射率小于光纤的纤芯折射率。图 2-5 给出了在图 2-4 曲A3、B1、B2 和 B3 处的模场图。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN818

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本文编号：2682719