D型光纖的特性分析

D型光纖傳輸特性及其折射率傳感特性仿真

何小燕

光波技術(shù)研究所

當(dāng)前1頁(yè)，總共20頁(yè)。主要內(nèi)容D型光纖簡(jiǎn)介建立仿真模型D型光纖模場(chǎng)分析D型光纖光柵特性分析D型光纖雙折射分析結(jié)論當(dāng)前2頁(yè)，總共20頁(yè)。D形光纖的誕生背景倏逝場(chǎng)：光纖中的導(dǎo)模在纖芯和包層的分界面上產(chǎn)生全反射，大部分能量都集中在纖芯中，但是有一部分能量會(huì)滲透到包層和外界環(huán)境中去，它是一種強(qiáng)度沿光纖徑向呈指數(shù)衰減的電磁波，因此稱其為光纖的倏逝場(chǎng)。纖芯越接近外界環(huán)境，越多的能量就會(huì)滲透出去，外界與光纖的相互作用也就越強(qiáng)。由于D型光纖結(jié)構(gòu)具有非圓對(duì)稱性，它的纖芯比常規(guī)單模光纖更接近外界環(huán)境，所以外界與光纖的相互作用比普通單模光纖強(qiáng)。這使得D型光纖可以應(yīng)用于能量耦合、折射率傳感、彎曲傳感等許多場(chǎng)合。當(dāng)前3頁(yè)，總共20頁(yè)。D形光纖結(jié)構(gòu)圖1D形光纖的橫截面示意圖。圖2自制的D形光纖橫截面的電鏡掃描圖，直徑為127um，高度為81.1um李杰.新型D型少模光纖Bragg光柵的特性及其在折射率測(cè)量中的應(yīng)用.2006.當(dāng)前4頁(yè)，總共20頁(yè)。D形光纖結(jié)構(gòu)圖3

聚合物D形光纖的結(jié)構(gòu)類型埋入型突出型曝露型BuriedD-Fiber.ThecoreissituatedaspecifieddistancebeneaththeflatsurfaceofthefiberExposedD-Fiber.Theflatsurfaceofthefibercutsacrossthecore,exposingitRaisedD-Fber.Thefiber’scoresitsraisedtoyourspecificationabovetheflatsideofthefiber當(dāng)前5頁(yè)，總共20頁(yè)。D型光纖制作技術(shù)通過(guò)研磨的方法將常規(guī)單模光纖的部分包層去除。優(yōu)點(diǎn)：不存在與單模光纖熔接損耗問(wèn)題，并且制作非常方便，僅需要合適的光纖側(cè)面研磨工具;缺點(diǎn)：光纖研磨長(zhǎng)度通常都比較短，表面平整度、一致性也較差，制作效率低，一般用于實(shí)驗(yàn)室少量制作。研磨常規(guī)單模光纖預(yù)制棒的包層，使其橫截面成為所設(shè)計(jì)的D形，然后拉絲直接制得D形光纖。優(yōu)點(diǎn)：能夠制得任意長(zhǎng)度的D形光纖，而且光纖表面的平整度、一致性很好;缺點(diǎn)：與常規(guī)單模光纖熔接耦合損耗較大，而且設(shè)備昂貴，一般適合光纖制造企業(yè)批量生產(chǎn)。陳哲，沈麗達(dá)，江沛凡等.光纖側(cè)邊拋磨裝置及其工藝方法陽(yáng)[p].當(dāng)前6頁(yè)，總共20頁(yè)。D型光纖模型采用加拿大Apollo光子公司出品的APSS波導(dǎo)分析和設(shè)計(jì)軟件來(lái)進(jìn)行模擬分析D型光纖，建立的模型如圖4所示，模型采用半結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，纖芯半徑4.5um

，纖芯折射率1.449222，包層折射率1.444024

，工作波長(zhǎng)1550nm，光纖置于折射率設(shè)為1.33的環(huán)境中，光纖的外直徑為125um。圖4APSS建立D型光纖模型當(dāng)前7頁(yè)，總共20頁(yè)。D型光纖模場(chǎng)特性圖5LP01Ex的場(chǎng)分布圖。(a)d=0;(b)d=4.5um(a)(b)當(dāng)前8頁(yè)，總共20頁(yè)。D型光纖光柵光柵的Bragg波長(zhǎng)為：λB=2neffΛ用于測(cè)折射率時(shí)，波長(zhǎng)漂移量：ΔλB=2ΛΔneff

其中，Λ為光柵周期，neff為光纖有效折射率，Δneff為光纖有效折射率的變化量。當(dāng)前9頁(yè)，總共20頁(yè)。D型光纖光柵利用APSS仿真得到光纖的有效折射率，再利用FOGS-BG軟件仿真，光柵周期Λ取為535.889nm（1/2掩膜板周期）。我們仿真時(shí)選擇的固定波長(zhǎng)為1550nm。得到：中心波長(zhǎng)漂移量與d的關(guān)系中心波長(zhǎng)漂移量與外環(huán)境折射率n3的關(guān)系當(dāng)前10頁(yè)，總共20頁(yè)。中心波長(zhǎng)漂移量與d的關(guān)系

圖6中心波長(zhǎng)與d的關(guān)系。(a)(b)當(dāng)前11頁(yè)，總共20頁(yè)。中心波長(zhǎng)漂移量與d的關(guān)系

圖7n3從1.33到1.4，中心波長(zhǎng)漂移量與d的關(guān)系。當(dāng)前12頁(yè)，總共20頁(yè)。中心波長(zhǎng)漂移量與外環(huán)境折射率n3的關(guān)系

圖8中心波長(zhǎng)隨外環(huán)境折射率n3的變化。

當(dāng)前13頁(yè)，總共20頁(yè)。中心波長(zhǎng)漂移量與外環(huán)境折射率n3的關(guān)系

圖9中心波長(zhǎng)漂移量隨外環(huán)境折射率n3的變化。

當(dāng)前14頁(yè)，總共20頁(yè)。D型光纖的雙折射效應(yīng)波導(dǎo)雙折射是由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的非圓對(duì)稱性，使兩個(gè)偏振方向（x和y）激勵(lì)時(shí)模式的傳播常數(shù)不相等（βx≠βy）所引起。歸一化雙折射率:當(dāng)前15頁(yè)，總共20頁(yè)。D型光纖的雙折射效應(yīng)圖10歸一化雙折射率隨d的變化（n3=1.33）.當(dāng)前16頁(yè)，總共20頁(yè)。D型光纖的雙折射效應(yīng)圖11歸一化雙折射率隨外環(huán)境折射率n3的變化(d=0)。當(dāng)前17頁(yè)，總共20頁(yè)。D型光纖的雙折射效應(yīng)圖12歸一化雙折射率隨傳輸波長(zhǎng)的變化（n3=1.33，d=0）.當(dāng)前18頁(yè)，總共20頁(yè)。結(jié)論d越?。ǜg越厲害），中心波長(zhǎng)漂移越厲害。外環(huán)境折射率越大，中心波長(zhǎng)漂移隨外環(huán)境折射率

的變化率越明顯。d越?。ǜg越厲害），入射波長(zhǎng)越長(zhǎng)，外界折射

率越小，歸一化雙折射率越大，雙折射現(xiàn)象越明顯。d越小（腐蝕越厲害），D型光纖光柵作為傳感