光纤传输特性的理论计算

介绍了具有任意折射率分布的光纤传输特性参量的计算方法,利用这种方法计算并分析了三种不同折射率分布的光纤的归一化传播常量、色散和模场直径等传输特性参量.     

低差分模式群时延少模光纤的变分法分析及优化

基于少模光纤的模分复用技术可使传输容量增加数倍,是目前光纤通信系统的研究热点.当复用模式数量较多时,模式之间的串扰可在接收端采用多输入多输出数字信号处理算法解决.差分模式群时延(DMGD,DMGD)越大,算法复杂度越高,为了降低接收机的复杂度需要使用低DMGD的少模光纤.本文提出了使用变分法分析任意芯层折射率高于包层的少模光纤,推导出了这类光纤中基模的模斑尺寸、各个模式归一化传播常数、相对于基模的DMGD的解析表达式,以及它们与归一化频率和光纤制造参数的关系.在此基础上,以梯度型少模光纤为研究对象,优化了光纤参数,得到能够传输前6个LP模,在C和L波段|τ_DMGD|<15 ps/km的少模光纤的优化参数为:最大芯层折射率与包层折射率之差n₁-n₂=0.01,纤芯半径a=14μm,折射率分布指数α=1.975.最后讨论了光纤制造误差对DMGD的影响.     

单模双包层光纤之间的耦合

本文求得了单模双包层光纤之间耦合系数精确的解析表达式.计算了上升内包层、匹配包层和凹陷内包层光纤耦合系数随归一化频率V的关系曲线.也给出了不同V值的耦合系数随归一化距离(D/α)的关系曲线.该公式不但能够计算x偏振模的耦合系数,而且也能计算y偏振模的耦合系数.它可用于分析折射率差较大的光纤之间能量耦合以及耦合器的偏振特性.     

双包层光纤折射率研究及纤芯结构优化设计

采用Matlab和Comsol建立单模光纤内激光传输模型,对双包层内光纤折射率和纤芯结构对光能量分布的影响进行了理论研究。系统分析了光纤芯径与数值孔径、归一化频率和功率填充因子的关系,依据得到的结果进一步采用多模物理耦合仿真方法对不同类型的单模双包层光纤纤芯的能量分布进行仿真,探索了不同折射率分布情况对纤芯能量分布的影响。计算和仿真结果表明:凹面折射率分布光纤的光斑模场面积最大,单位面积的功率分布最低。针对大功率光纤激光器的应用需求设计了工作波长为1.064 m、纤芯直径为10 m、凹面直径为8 m、数值孔径为0.12的单模凹面折射率双包层光纤,为提高光纤泵浦效率、降低纤芯的能量密度提供了思路。     

有限元法求解任意折射率分布光纤模场分布

 应用有限元方法求解了任意径向非均匀折射率分布园柱对称介质波导中纵向场耦合波动方程定解问题所对应的变分问题,该方法不受弱导或高斯模场分布等限制,可方便地求解光纤中介质波导的模场分布。用此方法研究了带阶跃环的三角型分段折射率分布光纤中归一化模场半径与芯层传输功率比值随光纤不同结构参数的变化规律。     

模间干涉的包层腐蚀型椭芯保偏光纤折射率传感特性

研究了一种基于模间干涉原理的微型椭芯保偏光纤的折射率传感特性。利用氢氟酸腐蚀的方法将椭芯保偏光纤制作成折射率灵敏的传感头,传感头可以根据控制腐蚀时间灵活控制其锥区结构。详细分析了保偏光纤内基模与一阶高次模模间干涉产生的双边瓣能量分布与被测折射率的关系,深入研究了锥区半径、工作波长对折射率灵敏度的影响。研究结果表明,光源波长为980 nm,折射率在1.39附近时,半径为8μm的传感头折射率灵敏度能够达到-7.1/RIU(即归一化光强与RIU之比,其中RIU为单位折射率)。     

折射率中心凹陷对W型单模光纤传输特性的影响

本文详细讨论了折射率中心凹陷对W型单模光纤的归一化截止频率、归一化传输常数、色散特性和功率分布的影响.结果表明,对常见的W型单模光纤,只要中心凹陷的深度和宽度均小于50%,就能保证它的传输特性不因中心凹陷的影响而发生较明显的变化.     

一种晶体光纤基模色散特性的矢量法分析

利用矢量有效折射率方法(矢量法)对光子晶体光纤基模的色散特性进行了数值模拟，并与双正交归一基矢量法以及标量有效折射率方法(标量法)的模拟结果进行了对比.发现所用矢量法的结果与双正交归一基矢量法的结果符合很好，而标量法在低空气填充率f或较高归一化波数A/λ时是一种较好的近似，在空气填充率f较高或归一化波数A/λ较低时，要得到精确的结果必须利用矢量法对光子晶体光纤的特性进行模拟.讨论了光子晶体光纤包层有效折射率与光纤结构的关系. 关键词： 光子晶体光纤 矢量法 有效折射率 色散     

光纤光栅反射谱的放缩特性

利用介质光波导耦合模理论,证明了弱扰动的光纤光栅具有一个重要特性--放缩特性;即如果光纤光栅的折射率扰动分布沿光纤轴放大α倍,同时扰动强度缩小α倍,那么光栅的反射谱就以共振波长为中心在波长轴上缩小α倍.     

基于等效折射率方法的微结构光纤单模特性分析

等效折射率方法是在传统光纤理论的基础上发展而来的。阐述了等效折射率方法，利用矢量波动方程分析了微结构光纤包层空间填充基模的传播常数，以及有效折射率与波长的关系，并计算了纤芯缺陷分别为1孔、3孔、7孔时光纤的归一化频率。在传统光纤理论的基础上，通过对归一化频率的分析，讨论得出不同占空比时光纤的无尽单模区，以及单模区与多模区的特性变化，这为设计单模大模场微结构光纤提供了参考。对等效折射率方法做了进一步总结，分析了其应用优点和局限。     

任意多包层光纤模场的数值解法

利用非等距差分法进行一阶和二阶微分近似,对任意多包层光纤的半径和折射率分布进行非线性网格划分,对亥姆霍兹方程进行数值化,用Matlab编程求解特征矩阵方程,得到准确的单模、多模光纤模场分布,计算出五包层色散平坦光纤的归一化模场.结果表明,非等距差分法既可以保证运算的准确度,又能够提高运算速度,为深入研究光纤的其它特性奠定基础.     

弱渐变抛物型光纤传导模式的截止频率与介电比

在弱渐变假定下,研究了抛物型渐变光纤传导模式的截止频率对折射率参量的依赖关系。采用矢量场法,得到了在弱导条件下传导模式的特征方程和截止频率的近似计算公式。引入了介电比γ,它是由光纤三个折射率参量所确定的常数。在弱导近似的条件下,归一化截止频率仅与γ这一个变量有关,任一渐变抛物型光纤的实际截止频率可通过γ而由归一化截止频率简单求得,从而找到了渐变光纤的实际截止频率与归一化截止频率间的联系。给出了归一化截止频率随γ的变化曲线,归一化截止频率随γ的增加而单调上升,但HElm模截止频率的上升规律与其他模式不同。     

光纤参数测试

TN25 2004064310 透射式微分干涉显微镜测量光纤折射率分布=Measurement of refractive index profile of optical fiber by a transmitted-light DIC microscope[刊,中]/徐毓娴(清华大学精密仪器与机械学系.北京(100084)),董小满…∥光学技术.—2004,30(3).—303-305 提出一种由两组偏光棱镜组成的透射式微分干涉系统。用来测量光纤的折射率分布。系统利用旋转检偏器对测量光束进行调制,从相位分布和光程分布中计算出折射率分布。介绍了测量原理、测量公式、系统组成及典型应用。用该系统对光纤折射率进行实际测量,给出渐变折射率光纤的二维分布及折射率沿轴向的分布图,同时还在NR-9200光纤测试仪上进行了测试。结果表明,     

改进的全矢量有效折射率方法分析光子晶体光纤的色散特性

得到了全矢量有效折射率方法中归一化等效纤芯半径(p/Λ)随归一化空气孔直径(d/Λ)和归一化频率(Λ/λ)的变化关系，修正了p/Λ为固定值的不合理取法，得到了改进的全矢量有效折射率方法(IFVEIM).用IFVEIM计算的基模有效折射率和总色散等模式特性与多极法的结果和试验值相比较都具有很好的一致性，将基模有效折射率的误差减小了2—3个数量级.用IFVEIM详细地分析了光子晶体光纤的色散特性，得到了色散值、波长、孔间距、d/Λ之间的相互变化关系. 关键词： 光子晶体光纤 有效折射率方法 等效纤芯半径 色散     

光子带隙光纤的可调谐泄漏损耗特性的研究

通过向折射率引导型光子晶体光纤的空气孔中填充可调的高折射率的材料可以获得带隙可调的光子带隙光纤.本文采用矢量平面波展开法与矢量有限元法对可调光子带隙光纤的泄漏损耗特性进行了理论研究.研究表明，这种可调光子带隙光纤的光子带隙效应使其泄漏损耗与填充材料的折射率有很强的依赖关系，同时给出了光子带隙光纤的泄漏损耗和群速度色散与归一化波长的关系.     

不同折射率调制的光纤光栅的特性及其应用

介绍了九种不同折射率调制的光纤光栅的折射率分布及其光谱特性,建立了各种光纤光栅的数学模型,并分析了它们的优缺点及其应用特点。给出了各种光纤光栅之间的联系,并指出两种或多种单一折射率分布的光纤光栅的组合形式将是以后的发展趋势。以折射率分布为出发点,深入地讨论了各种光纤光栅的周期、折射率调制深度、中心反射光波长或透射光波长、带宽、反射率等参数与其功能的关系,为实际系统的设计提供了参考。     

W型单模单偏振光纤基模截止归一化频率

用数值计算了 W型单模单偏振光纤基模截止归一化频率 ,分析了基模截止归一化频率与光纤结构参数的关系 ,得出了在外包层远离纤芯的情况下 ,基模截止归一化频率仅与内包层折射率深度有关 ,同时给出了其相应的近似函数关系和曲线     

梯度型聚合物通信光纤制备的理论分析

对直接挤出法制备梯度型聚合物光纤的工艺流程进行了分析,根据双组分混合物折射率计算理论和梯度型聚合物光纤径向折射率分布函数,计算了梯度型聚合物光纤单位长度中所含掺杂剂的质量;将非稳态扩散理论和有限差分法结合起来,对梯度型聚合物光纤折射率分布的形成进行了理论研究,建立了数学物理模型,得到描述梯度型聚合物光纤径向折射率形成的普遍性近似方法.     

拉锥光纤中光传输模场的矢量分析

采用二维矢量时域有限差分法(FDTD),考虑了拉锥光纤芯层的折射率分布和光纤芯层直径等参数,详细分析了拉锥光纤的锥度、拉锥后纳米光纤半径等对拉锥光纤中光波模场分布和传输特性的影响。计算结果表明,单模光纤芯层的折射率分布函数对光纤中光传输模场分布影响较小;拉锥光纤锥度越大光波的能量损耗越大;当拉锥后纳米光纤半径逐渐变小时,纳米光纤的光传输模场中心光强先逐渐增强然后又逐渐减小。     

测量光纤折射率分布还原算法的研究

用透射式微分干涉法测量光纤内部折射率分布,其原理是利用旋转检偏器对测量光束进行调制,从相位分布和光程分布中计算出折射率分布。其中,从光程分布中解算出折射率分布的算法是关键。讨论了该算法的数学模型,推导了测量公式,并对算法的稳定性和误差进行了分析。利用自行研制的系统对渐变折射率分布光纤进行实测,与在NR 9200光纤测量仪上的结果进行了比较,对主要误差源进行了分析和计算机模拟。实测和模拟计算结果表明,该算法原理正确,系统稳定,测量精度优于10-3,完全可以用来测量光纤折射率分布。