熊猫型保偏光纤弯曲损耗的研究

摘要

保偏光纤是一种特种光纤，它可以保持光纤中传输的光波的偏振态不变，因此这种光纤也称为偏振保持光纤，保偏光纤在光纤传感器、光纤陀螺仪以及相干光通信等方面有着广泛的应用，因此对保偏光纤进行深入研究变得非常重要。 本文介绍了高双折射保偏光纤的原理、特点以及分析和解决光波导问题的基本理论。给出了保偏光纤的两步分析方法，即首先用有限元方法对熊猫型保偏光纤进行热应力分析，再根据光弹效应理论，详细的对熊猫型保偏光纤进行应力分析，计算出光纤纤芯的双折射，对熊猫型保偏光纤进行了模式分析，计算出了基模的两个偏振模的传播常数，并给出了模式双折射。计算结果表明：当应力区域靠近光纤芯部的时候，模式双折射显著增大，并通过数学软件画出了保偏光纤参数与保偏光纤截面几何结构的图形。 通过引入平板波导理论，着重分析了保偏光纤的弯曲损耗理论，并建立了熊猫型保偏光纤七层平板模型，结合光弹效应，求解亥姆霍兹方程，得出保偏光纤弯曲损耗系数关系式，给出了不同参数下弯曲损耗α与弯曲半径R的关系曲线。 最后，通过实验检测了单模光纤的弯曲损耗和熊猫型保偏光纤的弯曲损耗，拟合出保偏光纤弯曲损耗的图形，验证了单模光纤和保偏光纤的弯曲损耗系数随着弯曲半径和工作波长的变化规律是一致的，即弯曲损耗系数随着弯曲半径的减小而呈指数关系增加，随着工作波长的增大而呈指数关系增加。但是和单模光纤相比，熊猫型保偏光纤的弯曲损耗系数小得多。另外，对实验拟合曲线图形与理论弯曲损耗图形进行比较，弯曲损耗系数的实验数据和理论曲线吻合较好。

目录

文摘

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声明

1绪论

1.1保偏光纤的研究背景与意义

1.2保偏光纤的国内外研究现状

1.3本论文的工作与创新

2保偏光纤的保偏原理与光弹效应

2.1保偏光纤的概念与性能参数

2.2保偏光纤的传输理论

2.2.1几何光学的解释

2.2.2波动光学的解释

2.3光弹理论基础

3熊猫型保偏光纤理论分析与性能研究

3.1熊猫型保偏光纤的结构

3.2有限元分析方法

3.3熊猫型保偏光纤的双折射

3.3.1热应力双折射的理论分析

3.3.2双折射与熊猫型保偏光纤几何结构之间的关系

3.4熊猫保偏光纤的拍长

4熊猫型保偏光纤弯曲损耗的研究

4.1单模光纤弯曲损耗模型

4.2保偏光纤弯曲损耗机理

4.2.1光纤的纵向传播常数

4.2.2匀质光纤弯曲时折射率的变化

4.2.3熊猫型保偏光纤的弯曲损耗模型

4.3数值模拟分析

5光纤弯曲损耗的实验检测

5.1实验原理及实验装置

5.2单模保偏光纤弯曲损耗的实验测试

5.3保偏光纤弯曲损耗的实验测试

5.4弯曲损耗机理和实验研究的对比分析

5.5本章小结

致 谢

参考文献