双包层光子晶体光纤热效应及其影响分析

本文对双包层光子晶体光纤热效应及其模式特性的 影响进行了深入的分析和研究,采 用有限元方法构建了双包层光子晶体光纤的多物理场耦合模型。建立了双包层光子晶体光纤 截面的热传导方程,分别研究了双包层光子晶体光纤径向温度分布与光纤结构参数、换热条 件和热负载的关系。进一步地研究了热效应对光纤基模的有效折射率、有效模场面积和模场 分布的影响。双包层光子晶体光纤的径向温度分布与其结构参数紧密相关。最高温度位于纤 芯的中心,并且随着空气孔比例的增加而增大。同时纤芯的温度随着换热系数和热负载的降 低而降低。光纤的温度梯度随着换热系数和热负载的增加而线性增加。热效应同样影响光纤 基模场的分布。热负载从10 W/m增加到30 W/m 时,基模有效折射率 逐渐增加,基模的有效面积线性降低。并且波长越短,基模场收缩越明显,热效应越严重。     

干涉型光纤传感器中非理想3×3耦合器对相位解调的影响分析

深入研究了非理想3×3耦合器对相位解调结果的影响,理论分析了非理想相位条件下的解调结果。仿真计算了相位偏差在±1～5°均匀分布时解调结果与原始结果的相关系数,分析了干涉信号存在幅度噪声时对解调结果的影响。对于特定的系统,相位偏差在解调结果中引入了一个常数系数,相位偏差在±1～5°均匀分布时常数系数的均值分别为0.9999、0.9996、0.9991、0.9984和0.9975。干涉信号的幅度噪声会明显恶化解调算法的性能,为保证解调信号与原始信号相关系数在0.99以上,需要控制干涉信号的幅度噪声水平在6.4%以内。     

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)。     

低弯曲损耗大模场面积多芯光纤的研究

针对19芯、37芯大模场光纤提出两种降低弯曲损耗的方法,一种方法是在芯区外引入一层空气孔,另外一种方法是在芯区外引入多包层低折射率结构。理论分析表明,多芯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,弯曲损耗基本不变,在小于临界半径的情况下,弯曲损耗急剧增大。引入空气孔后,当19、37芯光纤模场面积分别为516μm2和920μm2时,临界弯曲半径都从3.5 cm减小到4 mm。当引入包层数达三层以上时,多包层结构也可使19、37芯光纤的临界弯曲半径从3.5cm减小到4 mm。     

十九芯光纤光束质量的研究

用COMSOL对十九芯光纤的各个模场进行仿真,发现同相位超模的远场呈现准高斯分布,其发散角最小,具有最好的光束质量。并通过分析各个模式的光束质量因子M2和桶中功率PIB两个参数,再次证明十九芯光纤的同相位模式具有最好的光束质量。