有限包层半径光纤Bragg光栅的理论研究

采用光纤波导三层模型,对有限包层半径光纤Bragg光栅导模有效折射率的改变进行了理论分析,结果表明:当包层直径小于16μm时,单模光纤Bragg光栅(纤芯直径为8.3μm)的导模有效折射率才开始发生明显变化.在包层外添加外包层,通过改变外包层的折射率可以实现对光栅Bragg反射波长的调谐,同时对不同芯子直径的光栅Bragg波长移动进行了数值计算.在保证光纤归一化频率不变的前提下,芯径越小Bragg波长调谐范围越大,当包层厚度为1μm时,芯径为a＝2.2μm的光栅Bragg波长调谐范围约为3.9μm.     

无限包层Bragg光纤的传输模式研究

分析得到了横向电场分量和磁场分量所满足的耦合方程,对于介质折射率的不连续处,采用严格的边界条件来处理。基于全矢量模型,使用有限差分法编写了复模式的求解器,并将其应用于Bragg光纤的模式求解和分析。绘制出了Bragg光纤模式谱图,分类分析了在无限包层情况下Bragg光纤模式的基本特性。     

Bragg光纤包层制作误差对导模特性的影响

对Bragg光纤中包层制造误差对导模特性的影响进行了深入的分析和研究,给出了一般N层波导中模式场标量波动方程求解的传输矩阵方法,并将其应用在Bragg光纤模式场的分析当中。分别研究了Bragg包层存在折射率误差和厚度误差时对光纤基模模式场的有效折射率、模场半径和芯区功率占比的影响,并利用统计的方法分析了不同制作误差时导模特性的相对变化。折射率误差在1‰的水平时,基模有效折射率、模场半径和芯区功率占比的方差水平为1.55×10~(-4)、1.04×10~(-1)和1.79×10~(-2);厚度误差在2%的水平时模式场参量的方差水平分别为3.61×10~(-5)、1.84×10~(-2)和2.35×10~(-3)。     

用双周期光纤光栅实现温度和应变的同时测量

介绍了光纤光栅传感器的一般原理，分析了长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅的应变和温度响应机理。结果表明，长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅的温度和应变灵敏度不仅与纤芯参数和光栅周期有关，还依赖于包层参数。在同一根光纤上先后写入长周期光纤光栅、Bragg光纤光栅，利用长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅基模与包层模耦合时温度和应变灵敏度的不同，实现应变和温度的同时测量。     

Bragg光纤光栅傅里叶模式耦合理论

建立了Bragg光纤光栅傅里叶模式耦合理论.在分析光纤光栅的耦合模时,发现了耦合模式的振幅系数间存在傅里叶变换关系.推导了将傅里叶变换和模式耦合融合在一起的Bragg光纤光栅反射谱和透射谱的通用表达式.该理论是用傅里叶变换得到Bragg光纤光栅折射率微扰的空域谱,再对该空域谱进行模式耦合分析计算,从而得到Bragg光纤光栅的光谱特性.根据该理论,仿真分析了Bragg光纤光栅的谱特性,与耦合模理论、直接傅里叶变换法进行了对比分析.结果表明,傅里叶模式耦合理论与传统的耦合模理论及实际Bragg光纤光栅的光谱特性一致,具有简单、清晰、直接、精确和分析效率高的特点,可分析任意轴向折射率微扰分布的Bragg光纤光栅结构.     

高折射率芯Bragg光纤的色散特性研究

应用超格子模型分析了高折射率芯Bragg光纤的色散特性，讨论了Bragg光纤的色散的比例性质以及光纤的芯径、包层周期、填充率与波导色散的关系，并利用这些关系举例实现了Bragg光纤在1.55μm附近的宽带色散平坦. 关键词： Bragg光纤 模式 色散 波导色散     

椭圆形高折射率芯Bragg光纤的偏振和色散特性

应用全矢量有限元方法,分析了椭圆形高折射率芯Bragg光纤的偏振和色散特性,详细讨论了光纤结构参量对模式双折射的影响,结果发现：椭圆形高折射率芯Bragg光纤的模式双折射在10－3量级,比传统保偏光纤高出一个量级,且随波长的增加而单调递增;模式双折射随包层低折射率材料填充比的增加而减小,但与包层周期的变化几乎无关.此外,提高椭圆率或材料间的折射率比可显著增强模式双折射.研究结果有助于设计高性能的一维微结构保偏光纤.     

含负折射率材料空芯Bragg光纤的束缚损耗特性

将负折射率材料引入到空芯Bragg光纤包层中,形成具有正负折射率介质层交替的空芯Bragg光纤,运用传输矩阵理论对该Bragg光纤的束缚损耗特性进行分析和计算,并与传统的全正折射率介质层Bragg光纤的束缚损耗进行对比。结果发现:在最低损耗方面含负折射率材料的空芯Bragg光纤没有表现出任何优势,但在最低损耗点附近的损耗小于全正折射率介质层Bragg光纤,损耗曲线比较平滑,并且传输波长范围较宽;当空气作为一个介质层的材料时,两种Bragg光纤的束缚损耗特性几乎一致;当减小包层折射率对比时出现了与全正折射率介质层Bragg光纤不同的现象,损耗曲线变的更为平滑,说明传输波长范围变宽了。     

1 550 nm单模锥形光纤模场的演化特性

根据光纤模式传输理论,结合单模锥形光纤的结构,使用有限差分光束传播法(FD-BPM)仿真了1 550 nm波长下光纤模式的传输,分析包层内模场和纤芯内模场之间的相互影响。仿真结果表明：因为包层模的存在,随着包层内模式数的减少和纤芯对模场约束状态的变化,锥形光纤纤芯内不同区域模场分布变化明显,模场的均方根宽度在不同区域有不同程度的起伏。通过数值计算得到了光纤内模场能量的分布,发现因为包层模的存在,纤芯内模场能量减小速度比没有包层模时的速度要慢。     

1 550 nm单模锥形光纤模场的演化特性

根据光纤模式传输理论,结合单模锥形光纤的结构,使用有限差分光束传播法(FD-BPM)仿真了1 550 nm波长下光纤模式的传输,分析包层内模场和纤芯内模场之间的相互影响。仿真结果表明:因为包层模的存在,随着包层内模式数的减少和纤芯对模场约束状态的变化,锥形光纤纤芯内不同区域模场分布变化明显,模场的均方根宽度在不同区域有不同程度的起伏。通过数值计算得到了光纤内模场能量的分布,发现因为包层模的存在,纤芯内模场能量减小速度比没有包层模时的速度要慢。