23747.基于時域有限差分方法的d型光纖傳感器的研究

1、分類號：密級：UDC：學號：405510811102南昌大學碩士研究生學位論文基于時域有限差分方法的基于時域有限差分方法的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）：理學院物理系指導教師姓名、職稱：馬力教授申請學位的學科門類：工學碩士學科專業(yè)名稱：光學工程論文答辯日期：2014年5月25日答辯委員會主席：評閱人：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，光在光密介質和光疏介質交界面并不是絕對的反射，光波會透入光疏介質波長量級的深度并傳播一段距離后再返回光密介質，這種光波稱為消逝波。因此，當光在光纖中傳播時，在光纖芯層和包層的交界面處會形成消逝場。如果改變存在消逝場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，會有一部分光從光纖中泄漏。通過測量光纖出射端口的光能量，可以了解光泄漏的情況，進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原理，通過部分切除光纖包層來產生光泄漏，進而到達傳感的目的。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、切除長度，外界環(huán)境折射率等因素對傳輸光的影響。在開展消逝場傳感實驗前，數(shù)值模擬的結果為實驗參數(shù)的選擇提供參考，對實驗結果進行預測。本文利用FDTD方法對D型光纖進行模擬，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)計算軟件EASTFDTD對D型光纖結構進行

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