基于折射近场法测量光纤折射率分布的仿真研究

摘要

折射近场法测量光纤折射率分布首次提出距今已有30多年的历史，作为一种高精度测量方法现在已经被CCITT接受为基准测试方法[1]。折射近场法的突出优点在于不需对测试数据进行漏模修正，只需对系统装置进行一次校正便可准确方便地测试多种光纤的绝对折射率分布，空间分辨率小，测量精度高。随着光纤通信、光纤传像束、天文望远系统、光纤陀螺及光纤传感技术等的发展，对测量光纤几何参数、光纤折射率分布以及适用于测量多种新型光纤的实验装置提出了新的时代性要求。
　　 本课题在研究折射近场法的基础上，修正原有折射近场法线性公式，建立了折射率差分布与光功率分布的开平方关系，模拟仿真了实验测量装置，基于LabVIEW平台处理和显示数据，得到了单模光纤、多模渐变光纤、保偏光纤、双芯光纤、光子晶体光纤和大芯径光纤的截面图以及这些光纤的折射率差和绝对折射率分布。
　　 首先，详细地推导了折射近场法的线性公式，并修正这一公式得到了折射近场法完备的表达形式，从而描述了光强分布与光纤折射率分布的精确关系。
　　 其次，利用Zemax软件对基于折射近场法测量光纤折射率分布的可行性和准确性进行了仿真。仿真了折射近场法来测量单模光纤、多模光纤、保偏光纤、双芯光纤以及大芯径光纤，讨论了光子晶体光纤。但在仿真测量大芯径光纤折射率分布时发现存在明显的光非实际传导模式区域对测试结果影响很大。本文通过仿真实验，对传统的测量装置进行了优化，确定了改进实验装置的方案，并通过实验对改进方案的可行性进行了验证。
　　 最后，基于LabVIEW平台处理采集到的光强分布数据得到光纤截面图，通过计算可得到光纤截面任一直线上折射率分布曲线。借助LabVIEW强大的图像处理工具包对光子晶体光纤截面灰度图像做伪彩色处理，清晰地看到了截面结构细节。