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。     

任意折射率分布光纤的一种有效的近似分析方法

本文讨论了一种任意折射率分布光纤的有效的数值分析方法。光纤折射率分布被多层结构所模拟，矢量波动方程用矩阵来代替，传播常数用４×４矩阵的选代相乘来计算。若光纤的折射率变化是缓慢的，可以进一步简化成２×２矩阵的简单运算。     

光纤模场分布的特性

基于MATLAB语言编程,数值模拟了单模光纤LP01模场光强度与归一化半径之间的分布特性,计算结果显示随着归一化工作频率的逐渐增大,单模光纤LP01模的模场更加集中于纤芯.研究结论为单模光纤的应用提供参考.     

测量单模光纤模场直径的一种新方法

本文根据单模光纤模场直径的横向位移定义,提出了一种测量模场直径的新方法——远场高斯掩模匹配法.讨论了几种测量及数据处理方法.最后给出了初步的实验结果.     

光纤折射率的依赖因素

叙述光纤折射率与组成、温度、波长、模场直径和拉丝张力（拉丝温度）以及衰减等因素的相互依赖关系。指出拉制光纤时要严格控制拉丝张力,以防止因拉丝张力不当而引起的光纤折射率变化和衰减增加。     

锥形光纤模场直径极小值特征研究

模场直径是光纤波导基模的特征参量。单模光纤中的功率密度与模场直径成反比。随着光纤激光器单模输出功率的不断攀升,纤芯中的功率密度不断增加,过高的功率密度会使光纤波导产生光学损伤和热损伤。基于锥形光纤模场分布近似模型,研究发现不同参数的拉锥光纤模场直径最小值位置对应的归一化频点具有规律性。采用有限差分波束传播法（FD-BPM）对不同波长、不同数值孔径下纤芯直径和模场直径的对应关系进行模拟,结果表明:模场直径最小值位置在归一化频率1.8附近,与光纤参数和波长的选取没有直接关系。这个特征参数可为高功率激光在光纤中功率密度最大值位置的快速确定提供依据,也为光纤光学理论增加了新的内涵。     

基于平方律和阶跃型纤芯折射率分布下光纤模场半径的数值分析

在单模光纤的高斯近似理论基础上,针对平方律和阶跃型两种纤芯折射率分布情况,推导出各自所对应的模场半径表达式,并进行了相应的数值计算和图形表示,从而为应用光纤模场半径的相关知识进行理论计算及实际测试提供了可靠的依据。     

局域波导模展开方法求解梯度型折射率光纤

将阶跃折射率光纤作为一个理想波导,以这个理想波导纤芯一包层的界面为界将横向平面分成两个区域,然后用局域波导模展开方法以及耦会波理论计算了梯度折射率光纤模式场和传播常数.     

光子晶体光纤模场直径增加方法

通过加热光子晶体光纤,其包层中空气孔由于表面张力的作用而塌缩减小。理论和实验结果表明,空气孔的塌缩在满足波导的渐变条件下,引入的能量损耗非常小。空气孔的塌缩减小,可以有效地增加光子晶体光纤的模场直径,从而不仅可以提高光耦合的效率和光纤端面的损伤阈值,而且可以降低与其它模场直径不匹配的普通光纤的熔接损耗。     

利用可见光测量近红外单模光纤的模场

光纤的模场分布是光纤最基本的特性,它包含了很多光纤的有关信息,单模光纤都工作在不可见的近红外波长范围内,且在可见光范围并非单模工作。提出了一种利用可见光测量近红外单模光纤模场直径的新方法,导出了一个考虑光纤材料色散的更精确地计算不同V值时模场直径的公式,设计了利用可见光直接拍摄模斑的系统,采用缠绕法提取基模,消除了高阶模对测量结果的影响,利用二元非线性曲面拟合,测得了光纤在近红外工作波长下的模场直径。由于无需红外光源、红外探测器以及精密的扫描装置,该方法具有成本低廉、测量速度快、调整容易等优点。     

三角形折射率剖面光纤一级修正解的数值计算

在弱波导近似下,用标量Helmholtz方程的解作为零级近似解,考虑了折射率梯度的影响,把∇ε项看作微扰项,用微扰法给出了具有色散位移特性的三角形折射率剖面单模光纤一级修正解的积分表达式,并给出了数值计算结果.原则上,该方法亦可用于多模光纤.     

渐变折射率光纤标量近似的微扰修正方法

在弱波导近似下,计及了折射率梯度的影响,把▽ε看作微扰项,应用微扰理论,给出了修正到任一级近似的标量场方程,建立了一级修正解的一般表达式,并给出了相关参量的确定方法。最后,以抛物线折射率剖面单模光纤为例,给出了简要分析结果。     

用耦合波理论求解渐变折射率光纤的传播常数和模式场

本文应用耦合波理论来计算任意渐变折射李光纤的传播常数和模场分布.将无限伸展的抛物型折射率分布光纤作为一个理想波导,任意径向不均匀折射率分布光纤便可以视作该理想波导的微扰,其模场可以展开成一组完备的理想波导模的叠加.然后,模场和传播常数可以通过耦合波方程求得.进一步将一阶微分方程组形式的耦合波方程变换成线性方程组,使计算过程大大简化.文中给出了数值计算结果,并将其与准确值进行了比较.     

弯曲单模光纤温度传感实验

利用弯曲单模光纤的应力双折射，设计了单根光纤的温度传感实验装置，给出了实验结果。     

求解辐射传递的非结构混合有限体积／有限元法

本文给了一种适用于任意非结构网格的有限体积/有限元法的混合算法用于求解多维半透明吸收、发射、散射性灰矩形介质内的辐射传递.该方法使用有限元法进行角度离散,有限体积法进行空间离散.与基于辐射传递离散坐标方程的方法不同的是,该方法在迭代求解的过程中,针对每一个空间体元,所有角度方向的辐射强度同时耦合求出.通过两个算例验证了该解法的正确性.     

光纤／波导器件／光纤系统的损耗分析

测试分析光纤／波导器件／光纤系统的损耗，并介绍几种减小端面耦合损耗的对准方法。     

动态化学腐蚀法制备大锥角近场光纤探针

基于液压传递原理,设计出一种用动态化学腐蚀法制备大锥角近场光纤探针的装置.实验结果表明,在传统的化学腐蚀法制备光纤探针的过程中,通过控制腐蚀液液面的上升速度,可以有效地控制探针针尖的形状以及锥角的大小.在此基础上,还论述了分步控制光纤与腐蚀液液面的相对位移的方法在大锥角光纤探针的制备中所具有的独特优越性.利用所制备的大锥角近场光纤探针在扫描近场光学显微镜上对直径为200nm的小球进行探测,其力学像证实该探针具有较高的形貌分辨率(约为50nm). 关键词： 动态化学腐蚀法 大锥角 近场光纤探针     

中子测井问题中输运方程的谱有限元方法

讨论了谱有限元方法在中子测井数值模拟中的应用,用球谐函数谱展开和有限元耦合方法求解Boltzmann中子输运方程,得到了这种耦合方法的收敛性。研制了三维有限元程序,实现了中子测井问题数值模拟的正演计算,实际算例表明此方法是有效的。     

一维瞬态辐射传输的有限元法模拟

随着超短脉冲激光的快速发展,吸收散射性介质内的瞬态辐射传输引起了人们的广泛关注.本文基于离散坐标法和最小二乘有限元法(LSFEM),提出了模拟多维吸收散射性介质内瞬态辐射传输的数值模型.该模型有效地克服了在标准Galerkin有限元法(GFEM)中发生的伪振荡现象,在时间步长较大的情况下仍然可以得到光滑无振荡的解.而且,最小二乘法产生的求解系数矩阵是对称正定的,与GFEM中的系数矩阵相比,仅需要存储一半的非零系数,可以应用许多高效的迭代求解方法进行求解.为了检验模型,本文研究了一维吸收散射性介质内瞬态辐射传输问题,其结果与蒙特卡洛法(MCM)和积分模型法(IE)的结果进行了比较,结果证实:本文的方法可以精确、高效地模拟参与性介质内的瞬态辐射传输.