【摘要】：偏芯光纖由于纖芯偏離中心軸線,其傳感特性不同于傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖。相比單模光纖,偏芯光纖纖芯更加靠近外界環(huán)境,因而具有更強(qiáng)泄露的倏逝波,對外界環(huán)境變化有更高的敏感度。長周期光纖光柵因其具有制作工藝簡單、一體化插入損耗低、無后向散射等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域。在偏芯光纖上寫制長周期光柵,會獲得兼具偏芯光纖特點(diǎn)和長周期光纖光柵優(yōu)點(diǎn)的光纖器件,插入損耗小,后向散射弱,靈敏度高,方向傳感性好,并且具有偏振特性等。然而傳統(tǒng)長周期光纖光柵是寫在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖上,在偏芯光纖上寫入長周期光纖光柵的研究較少。本文對偏芯長周期光纖光柵的理論計算、仿真分析和光柵制作進(jìn)行系統(tǒng)性的研究。主要研究內(nèi)容包括:(1)基于耦合模理論,分別用解析法和數(shù)值法對單模長周期光纖光柵的理論進(jìn)行詳細(xì)計算。同時,回避偏芯長周期光纖光柵復(fù)雜的解析計算,利用數(shù)值法研究其耦合模理論,建立耦合模方程并推導(dǎo)透射率的計算公式。(2)分別利用解析法和數(shù)值法對長周期光纖光柵對比仿真研究。其中,解析法利用Matlab編程求解,數(shù)值法利用基于有限元法的數(shù)值仿真軟件COMSOL Multiphysics仿真計算。通過對比兩種方法的仿真結(jié)果,驗證數(shù)值法仿真計算長周期光纖光柵的正確性。(3)使用COMSOL Multiphysics對光纖結(jié)構(gòu)建模仿真,確定光纖模式的有效折射率和模場分布,以及寫制光柵中參與耦合的包層模。(4)對比實驗參數(shù),利用數(shù)值法對偏芯長周期光纖光柵透射譜進(jìn)行仿真計算。并仿真分析偏芯光纖參數(shù)(偏芯度和光纖折射率差)和光柵參數(shù)(折射率調(diào)制深度、光柵周期和光柵長度)對偏芯長周期光纖光柵的影響。同時分析偏芯長周期光纖光柵的偏振特性。(5)通過CO_2激光器寫制偏芯長周期光纖光柵,實驗研究光柵參數(shù)(光柵周期和光柵長度)對偏芯長周期光纖光柵的影響。(6)對比仿真結(jié)果,分析理論、仿真和實驗的結(jié)論是否一致,完善對偏芯長周期光纖光柵全面系統(tǒng)的特性研究。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN253
【圖文】：

一層生物分子的平均厚度。通過測量厚度，該技術(shù)因此可用于無標(biāo)記檢測物分子如 DNA 和蛋白質(zhì)的選擇性結(jié)合。就 / 厚的生物分子層的諧振波的偏移而言，實現(xiàn)了大約1.4 / 的檢測靈敏度。除以上應(yīng)用，LPFG 在光纖傳感中的應(yīng)用還有彎曲傳感器、濕度傳感器、折率傳感器、壓力傳感器、扭曲傳感器等[40]。1.3.3 特種光纖 LPFG 的研究現(xiàn)狀特種光纖是不同于標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的具有特殊結(jié)構(gòu)和用途的特殊光纖。目前特種光纖按不同方向分主要有：（1）工作在特殊波段的光纖，主要有紅外光、紫外光纖、X 光用光纖等；（2）使用非石英材料制作的具有特殊功能的光纖，如具有發(fā)光性能的熒光光纖、具有光放大及產(chǎn)生激光性能的摻鉺光纖，特殊敏性能的增敏和去敏光纖等；（3）具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)設(shè)計特殊用途的光纖，比如芯光纖、多芯光纖、孔助光纖、空心光纖、光子晶體光纖（Photonic Crystal FibeCF）、熊貓保偏光纖等；（4）具有單光纖成像功能的變折射率光纖[4]。如圖 1-示，為幾種常見的具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)設(shè)計的特種光纖端面示意圖。

層模受外界環(huán)境影響明顯，因而使用三層波導(dǎo)模型來計算更為準(zhǔn)確[58]。基于三層波導(dǎo)模型，光纖的結(jié)構(gòu)可分為三個部分：纖芯（半徑為 ，折 ）；包層（半徑為 ，折射率為 ）；以及最外層的空氣介質(zhì)（半徑無窮射率為 ， 一般近似取 1）。圖 2-1 為 SMF 的橫截面圖和 SMF-LPFG 的意圖。其中的Δ = ( )/2 ，定義為纖芯與包層的歸一化相對折射率將歸一化折射率差Δ 1的光纖統(tǒng)稱為弱導(dǎo)光纖。本文計算仿真和實驗用都簡化為弱導(dǎo)光纖。討論弱導(dǎo)光纖模式傳輸時作弱導(dǎo)近似，簡化了計算精確度與實驗結(jié)論相符。

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1 劉雯s

本文編號：2716467