雙芯光纖的理論研究及新型雙芯光纖全接入連接器的研制.pdf

1、雙芯光纖制作簡單，結構穩(wěn)定，在光纖通信、光纖傳感等領域中有著廣闊的應用前景，但是雙芯光纖全接入連接器的缺乏阻礙了雙芯光纖各種應用和研究的進一步發(fā)展。本論文結合國家自然科學基金重點項目“面向細粒度光路交換信息安全網(wǎng)的光纖器件”，對雙芯光纖的光波導橫向耦合模理論、耦合特性以及雙芯光纖全接入連接器進行了深入系統(tǒng)的理論和實驗研究，獲得的主要創(chuàng)新成果如下:
　　1.基于光波導橫向耦合模理論的基本思想，由Helmholtz方程出發(fā)，推導出了一

2、種新型的非正交耦合模方程，與傳統(tǒng)方程的對比證明了該方程的正確性。
　　2.基于雙芯光纖耦合模理論分析了雙芯光纖的耦合長度隨兩芯子間距的變化，利用光纖有限元方法分析了雙芯光纖本征模式的雙折射，以及雙芯光纖耦合長度的偏振依賴特性，計算得出雙芯光纖應力雙折射遠大于幾何雙折射，快軸（即x方向）的耦合系數(shù)大于慢軸（即y方向）的耦合系數(shù)，且隨著雙芯光纖兩芯子中心間距的增大，其耦合長度的偏振敏感度將增高。
　　3.分別采用側邊加工預制棒法

3、和側邊開槽法制作了圓形、啞鈴形和跑道形截面的雙芯光纖，搭建了雙芯光纖耦合系數(shù)可靈活調(diào)諧的CO2激光調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實驗中CO2激光照射引起雙芯光纖耦合角的改變在104.7(rad/m)左右，且不會隨波長的變化而顯著改變。
　　4.實驗測試了雙芯光纖在-30℃～175℃范圍內(nèi)的溫度特性，發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高，雙芯光纖的耦合系數(shù)逐漸減小，且雙芯光纖耦合角的溫度敏感性隨溫度增加不斷升高，為溫度傳感器的設計提供了一種新的思路。
　　5.首次提

4、出并實驗驗證了一種具有低串話路和低損耗特性的新型雙芯光纖全接入連接器，利用該連接器可實現(xiàn)芯子相距小于20μm的雙芯光纖的兩纖芯分別與普通光纖的連接。由有限元方法精確計算表明，通過該連接器，從雙芯光纖中射出的兩個光場的中心間距可由16μm增加至大于90μm，引起的串話路僅為-37 dB，引起的總功率損耗僅為0.056 dB。通過側邊開槽法光纖制造工藝和光纖熔融拉伸技術分別制作完成了一根共線四芯光纖和一段帶有尾纖的雙子光纖，從而部分實驗驗證