锥形光纤间耦合特性的分析与检测

将通信光纤的末端拉制成锥形，利用光信号在光纤锥形区特有的传输和耦合特性，实现了光纤的耦合、连接和分束。用耦合模理论分析了锥形光纤间的传输和耦合性质，给出了光信号两锥形光纤间的耦合与两锥形光纤的距离和锥形区重叠长度等实验结果。     

长周期光纤光栅和双锥形光纤间的倏逝波耦合作用

对长周期光纤光栅和双锥形光纤之间的倏逝波耦合作用进行了研究。理论分析和实验研究表明,由于锥形光纤和长周期光纤光栅物理边界外倏逝波之间的交叠,长周期光纤光栅产生的包层模,可以耦合到锥形光纤的包层模并从锥形光纤的纤芯输出。要获得高的耦合效率,应满足模式匹配的条件,同时要尽量减小两光纤之间的距离。耦合特性还与长周期光栅和双锥形光纤的相对位置有关,为获得高的耦合效率,耦合区应位于长周期光栅区的后面。这种倏逝波耦合作用,为监测实际应用系统中长周期光纤光栅的特性提供了一种新方法;为利用锥形光纤和长周期光纤光栅开发新型光纤器件,提供了一种可能的方案。     

长周期光纤光栅和双锥形光纤问的倏逝波耦合作用

对长周期光纤光栅和双锥形光纤之间的倏逝波耦合作用进行了研究。理论分析和实验研究表明，由于锥形光纤和长周期光纤光栅物理边界外倏逝波之间的交叠，长周期光纤光栅产生的包层模，可以耦合到锥形光纤的包层模并从锥形光纤的纤芯输出。要获得高的耦合效率，应满足模式匹配的条件，同时要尽量减小两光纤之间的距离。耦合特性还与长周期光栅和双锥形光纤的相对位置有关，为获得高的耦合效率，耦合区应位于长周期光栅区的后面。这种倏逝波耦合作用，为监测实际应用系统中长周期光纤光栅的特性提供了一种新方法；为利用锥形光纤和长周期光纤光栅开发新型光纤器件，提供了一种可能的方案。     

直锥形光纤传输性质的研究

光纤通信的发展日新月异,光纤在信息的传输方面起着越来越重要的作用.通过把传输光纤的一端拉制成锥形,研究了光信号在锥形光纤中的传播行为.根据标量波动方程,运用高斯近似法,从理论上说明了光信号在锥形光纤中的传输特性和能量损耗,分析了光功率在光纤中的分布、光纤中基模场的模半径与光纤芯径的关系、光纤中光的传输模式与光纤芯径的关系、锥形光纤的传输效率与锥形光纤尖端直径的关系等.在实验上,用剪断法测量了锥形光纤的传输效率随锥形光纤圆锥角的变化关系.通过选取一系列锥角的大小,测出相应的传输效率,作出?湫是?并用具体数据进行半定量计算,得出锥形光纤顶端锥体的角度及其变化愈大愈光滑,锥形过渡区越短,传输效率就越高的结论.     

有方向性锥形光纤连接器及其耦合特征

光纤续接时,横向偏移对耦合效率的影响非常显著,为了降低光纤续接对横向偏移的敏感性,提出了新型有方向性锥形通信光纤连接器。采用了沿信号传输方向的锥形结构,从而提高其可靠性。根据波动理论,对新连接器的纵向传播常数进行泰勒级数展开,得到了锥形光纤功率分布的近似解。分析了锥体长度、锥度以及和光纤折射率等参数对耦合效率的影响。还试制了6个锥形连接器样品,进行了耦合效率实验测量,实验测量结果和理论分析是一致的,从而验证了理论分析的正确性。     

一种高质量最小波长的超低损耗锥形光纤设计

采用火焰刷法对单模光纤进行加热拉锥,形成具有微纳米量级纤芯半径的光波导结构,并引入不同的绝热系数对低损耗锥形光纤进行优化,使其满足绝热标准.设计出恒定锥角为2 mrad、波长为400μm、纤维半径为4μm具有最佳形状的低损耗锥形光纤.Matlab仿真结果表明,23 mm长的低损耗锥形光纤传输透视率为99.7％,63 mm长的低损耗锥形光纤抗辐射能力达到99.6％.由于功率被耦合到高阶模式,其损失被充分抑制,具有恒定锥角的锥形光纤可以实现不牺牲传输质量的光耦合传输.     

熔锥型微纳光纤耦合器的理论与实验研究

针对熔融拉锥系统制得的熔锥型微纳光纤耦合器,选择适当的连续函数描述其光场分布,采用归一化的三角分布和矩形分布的加权叠加,以及高斯分布和三角分布的加权叠加实现了模场沿耦合器区域的连续变化;利用局部模式耦合理论推导出腰区及腰区附近锥形区的耦合系数计算公式,并得到微纳光纤耦合器输出光功率随拉伸长度的变化曲线.计算结果表明,随着拉伸长度的增加,光能量在两臂中来回交替耦合的程度变小并且呈现包络样,直至腰区耦合功能消失.通过实时监测拉制微纳光纤耦合器的输出光功率,得到火焰扫描宽度以及氢气流量对双纤失去耦合效应拉伸长度的影响:火焰扫描宽度(均匀腰区)越宽,拉伸长度临界值越大;氢气流量(熔融度)越大,拉伸长度临界值越小.实验结果显示,当光纤耦合器腰区直径达到1.6μm时,耦合功能消失,两输出端口光功率相同且恒定,微纳光纤耦合器具备稳定的光学传输特性.     

锥形光纤装置研究

基于锥形光纤制造过程的复杂性及其传像束的传输性能,利用微机与步进电机相结合,同时控制常用的双坩埚光纤拉丝机出丝管口的直径大小和鼓轮转速快慢,实现了数控拉制1 m长锥形光纤的新方法,并且集束制作出了两种两端不同半径比的锥形光纤传像束.与常用的增大鼓轮体积的方法相比,该装置具有体积小,便于操作,两端半径比可自由控制,断丝率低等特点.分析了这两种锥形光纤传像束的模式损耗。     

大容差光纤耦合技术研究

设计了一种新型的耦合系统,该耦合系统由大口径聚焦透镜、1/4节距自聚焦透镜、锥形光纤和球端光纤四部分组成.分析了自聚焦透镜压缩发散角和球端光纤增大数值孔径的机理,给出了计算锥形光纤参量的详细流程.采用大口径透镜和1/4节距自聚焦透镜有效增大径向位置容差和角度容差,然后通过锥形光纤压缩光束半径将激光耦合进球端光纤.仿真实验结果表明,该系统耦合在r<3 mm,－1<θ<1.5范围内的耦合效率稳定保持在50%以上.     

混沌信号在光纤传输过程中的非线性演化

对光纤混沌传输理论及混沌信号与光纤传输媒介相互作用的物理机制进行了理论研究. 通过耦合激光混沌系统和光纤传输信道，提出光纤混沌信号传输的非线性演化物理模型. 着重分析光纤自相位调制对激光混沌信号传输与演化的作用. 结果表明：自相位调制不影响混沌信号脉冲的形状，但能产生非线性相移使混沌信号频谱展宽；自相位调制不影响混沌信号脉冲的功率分布和场强分布，但能影响混沌信号脉冲的功率频谱分布，影响混沌信号光场以及慢变场的变化. 提出混沌信号在光纤传输中的非线性演化频率啁啾和形式，数值模拟了混沌信号在光纤传输过程中的相位、频谱、场以及场的慢变部分的相空间等演化形式和特点. 关键词： 混沌 光纤 传输 演化     

基于变芯径光纤的光学系统在光造型中的应用

光学系统采用变芯径光纤，可大幅度提高光的传输效率，增加光学子系统柔性。描述了光造型工作原理及其理论依据，在介绍所研制的光的成型系统光学子系统的基础上，阐述了紫外光源的选择与设计，及变芯径光纤的设计、传输、耦合与聚焦等技术。该套基于变芯径光纤的光学子系统成本低、体积小、效率高，巳成功应用于所研制的台式低成本快速成型系统中，为该系统的进一步推广奠定了技术基础。     

锥形光纤的偏振特性

随着光通信技术的不断发展，光纤的应用越来越广泛，而锥形光纤以其独特的传光方式越来越多地应用于光纤连接、成像及测量等领域。实验测定了不同锥角和不同长度锥形光纤的偏振特性。理论上，根据麦克斯韦方程组以及边界条件给出了光在理想光纤中的场分布，阐明了实际光纤中光的传输特性。论证了锥形光纤长度与其偏振特性的关系，进而利用几何光学方法对锥形光纤锥角与其偏振特性的关系作了定性说明。并用具体数据进行了定量计算，得出偏振光经锥形光纤传输或耦合后再传输到其终端所得到均是椭圆偏振光的结论。     

锥台光纤的功率转换效率研究

 锥台光纤在激光束到单模光纤以及多模光纤到单模光纤的耦合中,在一些需要质量很高光束的同时有较高功率要求的场合有广泛应用。在这些应用中,锥台光纤的功率转换效率是很重要的一个参数。介绍了锥台光纤的熔拉研磨制作方法,分析了锥台光纤的传输特性。建立了高斯近似模型,采用模场耦合理论,计算了锥台光纤的功率转换效率。在以下参数条件下对细端半径分别为（4±1）μm,(5±1)μm,(6±1)μm,(7±1)μm和(8±1)μm的锥台光纤的功率转换效率进行了实验测定,激光器输出光波长532 nm;多模光纤NA＝0.11,纤芯半径a=12.5 μm;得到了与理论计算吻合的结果。     

锥形光纤激发盘腔光学模式互易性研究

光学谐振腔由于其高Q值特性,作为谐振式陀螺的核心元件,有望实现谐振式陀螺的小型化、集成化,但是非互易性噪声成为制约其精度提高的不利因素. 介绍了采用传统半导体工艺制备的盘型腔与熔融法拉制的锥形光纤组成的耦合系统. 当盘型腔在光纤锥区的不同位置进行耦合谐振时,将输入输出正/反对调,观察到输出透射谱发生偏差,谐振频率、耦合效率以及Q值均发生变化,即存在非互易性现象. 用Rsoft软件对锥形光纤倏逝场分布特性进行仿真,理论分析了非互易性产生的原因. 以此可抑制谐振式光学陀螺应用中由锥形光纤与谐振腔组成的耦合系统产生的非互易性噪声. 关键词： 光学谐振腔 锥形光纤 非互易性 谐振式陀螺     

Tapered microstructured fibers for efficient coupling to optical waveguides: a numerical study

We report the possibility of using tapered microstructured fibers to improve the coupling efficiency from a standard single-mode fiber to a photonic crystal waveguide. The tapered microstructured fiber allows for the reduction of the mode mismatch between the output of the standard fiber and the input of the waveguide while maintaining single-mode guidance, which results in an enhanced coupling efficiency. Numerical simulations are conducted in order to optimize the cross section of the microstructured fiber as well as the taper profile. An improvement of more than 4 dB is obtained compared to non-tapered fibers. For further improvement, an elliptical-core tapered microstructured fiber is analyzed. The effect of misalignment between the tapered microstructured fiber and the waveguide is also studied.     

光子晶体光纤弯曲损耗特性研究

对光子晶体光纤的损耗特性进行了分析，并在实验上对两种典型的光子带隙型和全内反射型光子晶体光纤进行了研究.分别对两种不同结构的光子晶体光纤在弯曲半径2~15 mm范围内的损耗进行了测量.与传统光纤损耗实验结果的对比表明，两种光子晶体光纤的弯曲损耗均不明显，具有很强的抗弯曲损耗能力.实验也证实了光子晶体光纤弯曲损耗存在临界弯曲半径，在大于临界半径的情况下，几乎没有弯曲损耗.从结构上分析并证明光子晶体光纤弯曲损耗随填充比(d/Λ)的增加而减小，填充比越高弯曲损耗越小.     

Guiding Properties of a Tapered Photonic Crystal Fiber Compared with Those of a Tapered Single-Mode Fiber

We have fabricated tapered photonic crystal fibers using a fusion splicer and experimentally observed the near-field mode distribution and the beam divergence of it. We have also compared characteristics of the tapered photonic crystal fiber with those of a tapered standard single-mode fiber. Unlike a tapered standard single-mode fiber, the mode field profile of a tapered photonic crystal fiber shows a good confinement of its field within the core region. The numerical apertures of tapered photonic crystal fibers are increased as the diameter of the fiber is decreased.     

Guiding Properties of a Tapered Photonic Crystal Fiber Compared with Those of a Tapered Single-Mode Fiber

We have fabricated tapered photonic crystal fibers using a fusion splicer and experimentally observed the near-field mode distribution and the beam divergence of it. We have also compared characteristics of the tapered photonic crystal fiber with those of a tapered standard single-mode fiber. Unlike a tapered standard single-mode fiber, the mode field profile of a tapered photonic crystal fiber shows a good confinement of its field within the core region. The numerical apertures of tapered photonic crystal fibers are increased as the diameter of the fiber is decreased.