23747.基于時(shí)域有限差分方法的d型光纖傳感器的研究

1、分類號(hào)：密級(jí)：UDC：學(xué)號(hào)：405510811102南昌大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文基于時(shí)域有限差分方法的基于時(shí)域有限差分方法的D型光纖傳感器的研究型光纖傳感器的研究DtypeOpticalFiberSensResearchBasedonFDTDMethod毛紹嶸培養(yǎng)單位（院、系）：理學(xué)院物理系指導(dǎo)教師姓名、職稱：馬力教授申請(qǐng)學(xué)位的學(xué)科門類：工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)名稱：光學(xué)工程論文答辯日期：2014年5月25日答辯委員會(huì)主席：評(píng)閱人：年月日摘要II

2、摘要光在光纖中是以全反射的方式傳播的。在發(fā)生全反射時(shí)，光在光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)交界面并不是絕對(duì)的反射，光波會(huì)透入光疏介質(zhì)波長(zhǎng)量級(jí)的深度并傳播一段距離后再返回光密介質(zhì)，這種光波稱為消逝波。因此，當(dāng)光在光纖中傳播時(shí)，在光纖芯層和包層的交界面處會(huì)形成消逝場(chǎng)。如果改變存在消逝場(chǎng)處光纖包層的折射率，在此傳播的光將不能完全返回光密介質(zhì)，會(huì)有一部分光從光纖中泄漏。通過(guò)測(cè)量光纖出射端口的光能量，可以了解光泄漏的情況，進(jìn)而反推引起泄漏的包層折射率變化情況。

3、D型光纖傳感器利用這個(gè)原理，通過(guò)部分切除光纖包層來(lái)產(chǎn)生光泄漏，進(jìn)而到達(dá)傳感的目的。為了解D型光纖的傳輸性能，使用數(shù)值模擬的方法分析入射光源，光纖D型面切除深度、切除長(zhǎng)度，外界環(huán)境折射率等因素對(duì)傳輸光的影響。在開(kāi)展消逝場(chǎng)傳感實(shí)驗(yàn)前，數(shù)值模擬的結(jié)果為實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇提供參考，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)。本文利用FDTD方法對(duì)D型光纖進(jìn)行模擬，分析光在D型光纖中傳播的情況以及光的泄漏情況。首先，使用FDTD專業(yè)計(jì)算軟件EASTFDTD對(duì)D型光纖結(jié)構(gòu)進(jìn)行

4、模擬計(jì)算，從計(jì)算結(jié)果中觀察到全反射中的消逝場(chǎng)現(xiàn)象以及光泄漏的現(xiàn)象。然后，對(duì)光在D型光纖中的泄漏情況進(jìn)行定量分析，分析了不同D形面上填覆折射率、包層切除深度等因素對(duì)光泄漏的影響。由于需要在三維空間中進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算時(shí)間往往較長(zhǎng)，為了提高計(jì)算速度，本文對(duì)并行FDTD方法進(jìn)行了研究。首先，為了驗(yàn)證并行計(jì)算結(jié)果的正確性，先給出了串行計(jì)算的結(jié)果。接著，利用OpenMp，MPI，windowsAPICUDA一共四種不同的方法進(jìn)行了并行FDTD計(jì)算