带状多芯光纤光学特性分析

论文摘要

光纤作为应用最为广泛的光波导之一,它的发展一直受到国内外学者的广泛重视。随着对光纤研究工作的不断加深和对光纤技术投入的加大,光纤的产品已经被广泛应用于通信、医疗、军事等重要领域。由于光纤传感技术和集成光学的飞速发展,许多新型特种光纤开始涌现,这些特种光纤被广泛地应用于制作高集成度光纤器件和高灵敏度的光纤传感器。本课题分析了目前应用较为广泛的几种特种光纤的光学特性,总结各种光纤的结构特点,提出了一种新型结构的特种光纤——带状多芯光纤。带状多芯光纤的光纤截面为矩形,包层的厚度较薄且内部分布着多根纤芯。特殊的光纤结构使其很容易固定于待测平面或物体表面上而不发生扭转；较薄的包层结构使带状多芯光纤具有一定的保偏特性且倏逝场较强,可以应用其制作多种光纤器件和传感器；带状多芯光纤预制棒由几种石英部件拼合而成,结构参数的控制比较灵活,通过调整纤芯的位置和分布方式可以得到不同光学性能的带状多芯光纤。带状多芯光纤优良的光学性能和规则的外形结构使其具有广阔的应用前景。本课题给出了几种典型的带状多芯光纤结构,分析了这几种带状多芯光纤在制作光纤器件与光纤传感器上的应用；介绍了带状多芯光纤的制作方法,包括MCVD光纤预制棒的制作,光纤预制棒的加工工艺和带状多芯光纤的拉制过程；分析了带状多芯光纤的光学传输特性,包括带状多芯光纤的保偏性能、多根纤芯之间的能量耦合和被覆金属对光波的影响；通过实验测试了带状多芯光纤的几何形状、数值孔径、损耗以及偏振特性等参数。本课题利用有限元软件分析了带状光纤的双折射,通过改变带状多芯光纤的纤芯分布和包层结构,优化带状多芯光纤的结构参数可以获得10-5数量级的双折射；利用beamprop软件分析了带状多芯光纤纤芯之间的耦合；通过表面被覆光纤可以对向带状多芯光纤的损耗和偏振特性产生影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题的研究方案与主要研究内容
• 第2章 带状多芯光纤的结构与应用
• 2.1 带状单芯光纤结构
• 2.2 带状多芯光纤结构
• 2.3 带状光纤的应用
• 2.3.1 光纤调制器
• 2.3.2 波分复用器
• 2.3.3 起偏器
• 2.3.4 光纤传感器
• 2.4 本章小结
• 第3章 带状多芯光纤的制备
• 3.1 带状光纤预制棒的制备方法
• 3.1.1 MCVD光纤预制棒制作工艺
• 3.1.2 带状光纤预制棒的切割与研磨
• 3.1.3 带状光纤预制棒的制作工艺
• 3.2 带状光纤的拉制工艺
• 3.2.1 进棒与拉丝速度控制技术
• 3.2.2 温度与形状控制技术
• 3.2.3 光纤涂覆工艺
• 3.3 本章小结
• 第4章 带状多芯光纤的光学传输特性分析
• 4.1 非对称结构导致的线性双折射
• 4.1.1 双折射产生的原理
• 4.1.2 带状单芯光纤的几何双折射
• 4.1.3 带状单芯光纤的表面应力
• 4.1.4 带状单芯光纤的双折射
• 4.1.5 带状多芯光纤的双折射
• 4.2 多芯波导之间的耦合特性
• 4.3 被覆金属的带状波导特性
• 4.4 本章小结
• 第5章 带状多芯光纤的特性参数测试
• 5.1 几何参数
• 5.2 NA参数及其测量
• 5.3 损耗参数及其测量
• 5.4 偏振特性参数及其测量
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录