基于双芯光纤的集成式光纤耦合器及其传感特性研究

摘要

双芯光纤是同一个光纤包层内包含两个相互平行的纤芯,即可以作为光传输的媒介,又可以用来制作光纤器件。当双芯光纤受到如应力、温度、扭转等因素的影响时,其内部传输光的特性将发生改变,国内外的研究人员利用双芯光纤的这一特性制作了波分复用器、滤波器等光纤器件。双芯光纤因其结构紧凑、集成度高、两个纤芯对外界环境的扰动具有很好的一致性,被广泛的应用于光纤通信和光纤传感等领域。
　　本文基于对称双芯光纤提出了一种新型的集成式光纤耦合器。基于耦合模理论建立了集成式双芯光纤耦合器的理论模型;对光在双芯光纤中的传输特性和耦合特性进行了详细的理论分析。基于Beamprop的光学仿真方法对集成式双芯光纤耦合器及其传感特性进行仿真分析。采用传统的熔融拉锥技术,利用实验室自行设计和制作的对称双芯光纤,制作了集成式双芯光纤耦合器。
　　对基于双芯光纤的集成式光纤耦合器在传感领域的应用进行了研究。首先,根据集成式光纤耦合器的输出光功率与其耦合区的长度相关这一特性,由于作用在光纤轴向的应力会改变耦合区的长度,于是将集成式光纤耦合器用于测量应力,理论仿真分析和实验研究均证实集成式光纤耦合器可以用于应力传感领域;其次,利用集成式光纤耦合器的输出功率随着外界环境介质的折射率而变化这一特性,将集成式光纤耦合器用于折射率的测量,实验结果表明该耦合器具有很高的折射率灵敏度;另外,理论分析表明环境温度的变化也会影响集成式光纤耦合器的输出光功率,将集成式光纤耦合器用于测量温度的变化,实验结果表明集成式光纤耦合器对于温度变化的感应具有更高的灵敏度,可以用于温度传感领域。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 单模光纤耦合器的研究动态与传感应用

1.3 双芯光纤的研究动态与应用

1.4 本文的研究意义与工作内容

第2章 集成式双芯光纤耦合器的理论分析

2.1 单芯单模光纤的传输特性

2.2 双芯光纤的传输特性分析

2.3 集成式双芯光纤耦合器的理论分析

2.4 本章小结

第3章 集成式双芯光纤耦合器的仿真分析

3.1 基于Beam prop的光学仿真方法

3.2 集成式双芯光纤耦合器的仿真分析

3.3 本章小结

第4章 集成式双芯光纤耦合器的设计与制作

4.1 单模光纤耦合器的制作方法

4.2 集成式双芯光纤耦合器的设计与制作

4.3 本章小结

第5章 集成式双芯光纤耦合器的传感特性分析

5.1 集成式双芯光纤耦合器的应力传感特性

5.2 集成式双芯光纤耦合器的折射率传感特性

5.3 集成式双芯光纤耦合器的温度传感特性

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢