光纖熔錐耦合系統(tǒng)理論新方法及其在光纖器件和傳感中的應(yīng)用.pdf

1、錐形光纖是光波導(dǎo)理論和技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)很重要的研究課題，由錐形光纖構(gòu)成的單模光纖器件包括有光纖耦合器、光纖波分復(fù)用器、光纖準(zhǔn)直器、光纖擴(kuò)束器、光纖濾波器和由錐形光纖構(gòu)成的光纖傳感器件包括有耦合式傳感器、雙錐形彎曲傳感器和漸逝波傳感器及其它熔錐型光纖器件已廣泛應(yīng)用于光纖通信和光纖傳感等領(lǐng)域。 根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)熔融拉錐耦合理論的研究概況和現(xiàn)狀，本論文首先從熔錐形光纖的動(dòng)態(tài)形狀曲線、空氣層對熔錐形光纖傳輸特性的影響和熔錐形光纖波導(dǎo)耦合三個(gè)

2、方面入手，以解決目前不能嚴(yán)格而完整地表示熔錐形光纖的形狀曲線函數(shù)和熔錐形光纖耦合的分段處理等問題。然后，將所獲得的結(jié)果具體應(yīng)用于三種光纖無源器件的研制開發(fā)上。最后，對熔錐耦合式光纖漸逝波傳感器進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。 本論文共分十章。第一章概述了光纖熔錐型耦合理論的發(fā)展?fàn)顩r。第二章根據(jù)熔錐型光纖的形成機(jī)理，導(dǎo)出了數(shù)理微分方程，利用動(dòng)態(tài)熔融區(qū)長度的概念，結(jié)合初始、邊界和錐區(qū)體積守恒條件，由行波法首次獲得完整而精確地描述光纖熔融拉錐動(dòng)

3、態(tài)形狀曲線解析函數(shù)，這種解析解對于任意參數(shù)的燈頭，能方便、精確和完整地描述熔融光纖在不同拉錐過程中錐體動(dòng)態(tài)形狀的變化，并以大量光纖熔融拉錐實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。應(yīng)該指出：只要已知初始熔融區(qū)長度，獲得的解能預(yù)知任意拉伸長度下的拉錐錐形曲線。從而，完整地解決了以往在光纖熔錐耦合的理論分析計(jì)算上難以嚴(yán)格導(dǎo)出拉錐動(dòng)態(tài)形狀曲線函數(shù)的困難。第三章將等效階躍光纖方法推廣到任意折射率分布的多包層結(jié)構(gòu)光纖。多包層結(jié)構(gòu)光纖的折射率分布一旦確定，利用這一方法能精確

4、地計(jì)算得到其等效階躍光纖的歸一化折射率差，從而可方便地預(yù)知該多包層光纖的各傳輸特性參數(shù)。同時(shí)，將該方法應(yīng)用于錐形光纖，以考慮空氣層對錐形光纖波導(dǎo)光傳輸特性及其耦合效應(yīng)的影響。第四章首先建立任意橫截面介質(zhì)光波導(dǎo)間的模耦合方程及其耦合系數(shù)的計(jì)算公式，并就相同單模光纖的情況，與R．VaJlclooster等人的經(jīng)典理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了本論文的耦合理論。同時(shí)，結(jié)合第二，三章的理論結(jié)果，通過對光纖熔融拉錐時(shí)耦合輸出功率隨拉伸長度變化的動(dòng)態(tài)