多芯光纤超模特性及其传感应用研究

论文摘要

多芯光纤由于其结构的特殊性,在空分复用、光纤传感等领域具有重要应用。本文分析了不同结构参数的多芯光纤的模式特性,并重点研究了弱耦合多芯光纤在光纤传感方面的应用。一方面,系统地分析了多芯光纤的超模特性和功率耦合特性;另一方面提出了一种新型的多芯光纤传感结构,并通过仿真和实验详细研究了其在应变传感和曲率传感等方面的应用。本文的主要研究内容与创新工作包括:(l)利用耦合模理论,分析了强耦合多芯光纤的芯间耦合特性。采用光束传播法,研究了强耦合多芯光纤的结构参数对超模场分布的影响,并且分析了强耦合多芯光纤的结构参数对功率耦合特性的影响。(2)采用光束传播法对强耦合多芯光纤的模式干涉原理进行了详细地仿真研究,分析了强耦合多芯光纤的结构参数对模式干涉过程的影响。提出了一种强耦合多芯光纤纤芯间距的干涉式估算方法,根据强耦合多芯光纤的透射光谱与其纤芯间距关系,通过观测透射光谱可以估算出纤芯间距。(3)提出了一种新型的基于弱耦合多芯光纤的传感结构,该光纤结构由一段弱耦合多芯光纤与两段单模光纤组成,将多芯光纤一端偏芯熔接于输入端单模光纤,使其产生较强的包层模;将多芯光纤另一端对芯熔接于输出端单模光纤,并在溶接点处拉锥,锥形结构的引入有利于提高参与干涉的芯模与包层模之间的功率比,从而提高透射光谱的消光比。通过仿真和实验详细研究了该多芯光纤传感结构的光谱特性随不同结构参数的变化,并将该多芯光纤结构成功应用于曲率、应变等物理量的测量。同时也分析了在该结构中引入更多锥形后对该结构干涉效果的改进。

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致谢

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 引言

1.2 多芯光纤的研究现状及其应用

1.2.1 多芯光纤的发展

1.2.2 多芯光纤在传感领域的应用

1.3 课题的意义和研究内容

2 多芯光纤的模式耦合理论分析

2.1 多芯光纤的耦合模理论

2.2 多芯光纤的超模特性

2.2.1 超模特性的理论分析

2.2.2 超模特性的仿真分析

2.3 多芯光纤的功率耦合特性分析

2.4 本章小结

3 多芯光纤的传感机制分析

3.1 多芯光纤模式干涉原理分析

3.1.1 多芯光纤模式干涉理论分析

3.1.2 强耦合多芯光纤模式干涉仿真分析

3.1.3 弱耦合多芯光纤模式干涉仿真分析

3.2 强耦合多芯光纤纤芯间距的干涉式估算方法

3.3 多芯光纤的传感原理

3.3.1 应变传感原理

3.3.2 曲率传感原理

3.4 本章小结

4 新型弱耦合多芯光纤传感结构的传感特性研究

4.1 常见弱耦合多芯光纤传感结构

4.1.1 两端锥形多芯光纤传感结构

4.1.2 两端偏芯多芯光纤传感结构

4.2 偏芯锥形多芯光纤传感结构

4.2.1 偏芯锥形结构

4.2.2 偏芯结构分析

4.2.3 锥形结构分析

4.2.4 偏芯锥形结构的制作

4.2.5 应变传感特性研究

4.2.6 曲率传感特性研究

4.3 偏芯多锥多芯光纤传感结构

4.3.1 偏芯多锥结构

4.3.2 多锥结构分析

4.3.3 偏芯双锥多芯光纤传感结构的应变传感特性研究

4.3.4 偏芯三锥多芯光纤传感结构的应变传感特性研究

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 论文的工作总结

5.2 未来工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 时川

导师: 刘艳

关键词: 多芯光纤,光纤传感,超模,模式干涉

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,自动化技术

单位: 北京交通大学

分类号: TN253;TP212

DOI: 10.26944/d.cnki.gbfju.2019.000492

总页数: 81

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