光纤分析多层分割理论及应用

光纤分析的多层分割法是一种较为严格的、适用于分析任意析射率分布光纤的方法。然而,前人在这方面的工作只是初步的。1979年,简水生老师领导我和杨永川提出了新的转移矩阵和JN函数,本文以此为出发点,首先将JN函数推广到IK函数,并用它们表示了一般的转移矩阵、特征方程和截频公式。并进而导出了折射率分层均匀分布光纤的严格的时延、时延展宽公式,提出了估算多模色散的方法,编制了有关程序。更进一步将多层分割法推广到折射率分层非均匀分布情形,提出了“类Bessel函数”和“类JN函数”。对某些具体光纤问题:如环形光纤、三层光纤、阶跃光纤芯折射率     

一种新的光纤分析方法

本文提出了一种分析非均匀光纤的新方法——Chebyshev法。它的基本原理是用第一类Chebyshev多项式构成的级数来描述光纤的折射率分布和径向光波场函数R(r),然后将标量波动方程转换为简单的代数方程。此法不仅具有算式简单、收敛快、解的精确度高等优点,而且可以求出光纤中的光波场分布,色散参数的计算尤为简单。     

负折射率介质光子晶体光纤带隙结构的研究

提出了一种新型结构的负折射率介质光子晶体光纤,采用平面波法(PWM)分析了这种光子晶体光纤的带隙结构,研究了负折射率变化与负正折射率介质比变化对光子带隙结构的影响.分析结果表明,负折射率介质的光子晶体光纤的带隙数量和宽度随折射率和介质比变化而变化.取负折射率值为-1.5、负正介质填充比为0.88、空气孔间距为2.6 um时,可得到多条带隙和较大的带隙宽度,实现PBG导光的波长范围为1 225 nm-4 084 nm.     

大芯径双包层单模光纤

本文对芯中折射率为α分布的双包层单模光纤的传输特性作了详细分析和计算,并且考虑了实际光纤制造工艺(MCVD法)中存在的折射率中心凹陷的影响。根据理论计算值,在国内首次成功地制造了大芯径双包层单模光纤,芯径达14～17μm,比通常的单包层单模光纤提高一倍左右,且弯曲损耗也有明显减小。     

超声波作用下的光纤布拉格光栅频谱分析

阐述了利用光纤布拉格光栅进行传感测量的基本原理与方法,讨论了由于超声波作用而引起的光纤布拉格光栅机械形变及折射率变化.引入分层传输矩阵法建立仿真模型,利用一组典型的光纤布拉格光栅参数并采用分层赋值与矩阵叠加的方法,数值模拟了超声波作用下光纤布拉格光栅的频谱特性.分析了该模型的有效作用条件及改变超声波波长及强度对光纤布拉格光栅频谱特性的影响.提出一种适用于多种条件下的利用光纤布拉格光栅测量超声波的方法,以及相应可供参考的仿真模型.     

光纤陀螺中的相位差与谐振频率差的推导及理论分析

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的环形干涉仪,常见的光纤陀螺包括干涉型和谐振型。首先,对于这2种光纤陀螺,本文采用了以惯性空间为参考系的路程叠加法证明了Sagnac效应是一种与介质无关的纯空间延迟,有效折射率n对Sagnac时间差Δt和光程差Δδ均没有影响;其次,对于干涉型光纤陀螺,有效折射率n对Sagnac相移差Δφ也没有影响;再次,对于谐振型光纤陀螺,文中提出了2种方法,即基于激光物理学中的行波谐振腔理论和基于多光束干涉机理,求出谐振环形腔的谐振频率差Δνq的表达式,其与光纤环匝数N无关。最后,得出光纤陀螺中的相位差Δφ和谐振频率差Δνq之间所满足的关系,并分别从数学形式和物理意义上对这一关系作出分析。2种陀螺的光路结构虽不同,但可使用统一的模型表达及分析光学物理量之间的关系。     

基于无芯光纤的“三明治”光纤在折射率传感应用中的参数优化研究

为了提高无芯光纤在折射率方面的灵敏度,并针对无芯光纤的结构参数优化尚不够深入的问题,提出了一种无芯光纤结构参数的优化方法,研究了单模-无芯-单模（SNCS）的“三明治”光纤在折射率（RI）传感中的灵敏度等性能指标. 基于Rsoft光学仿真软件,利用光束传播法对SNCS光纤进行仿真研究,模拟了光场分布和输出透射谱特性. 为了提高传感灵敏度,在保证透射谱不重叠的条件下,通过计算自成像周期和波长偏移量等指标,系统地优化了长度和直径等无芯光纤的结构参数. 仿真结果表明,当无芯光纤长度为6.55 mm且直径为20 μm时,RI在1.380~1.390内,SNCS光纤的灵敏度可达到2 200.92 nm/RIU,也验证了所提出的无芯光纤结构参数优化方法的有效性,为基于无芯光纤用于高灵敏RI传感的“三明治”光纤的结构设计与应用提供了理论支撑.     

多模光纤芯部相对折射率分布曲线测量装置技术鉴定会在我院召开

南京市科委下达给我院的1982年科研项目“多模光纤芯部相对折射率分布曲线测量装置”,已按期完成研制任务。1982年12月15日至16日,南京市科委在我院召开了鉴定会议,对该项目进行了技术鉴定。出席会议的有研究院、所、工厂、高等院校等20多个单位,30多人。光纤的折射率分布是决定多模光纤传输带宽的一个重要参数,测量折射率分布对研制和改进光纤制造工艺、研究光纤的传输性能以及工程应用等均具有重大意义。由于光纤剖面折射率分布的测量,一般对光学和机械结构的精度要求很高,国内目前还难以实现。为了满足当前光纤通信发展的需要,我院于1981年对光纤芯部折射率分布曲线的测量方法进行了研究,采用了电视技术测量光纤近场强度分布的方法,并在此基础上在被测光纤的注入端使用了扰模器,解决了一般采用近场法必须用修正公式才能测得较满意的折射率分布曲线的问     

梯度型聚合物光纤预制棒折射率分布的间接测试

利用紫外光对溴苯（BB）的吸收作用，采用紫外吸收光谱法对PMMA－BB梯度型聚合物光纤预制棒的折射率分布进行了间接测试，详细介绍了这种紫外有机光谱法的测试原理及方法，测试结果表明，所制备的预制棒的折射率分布是呈抛物线分布，但在最佳理论分布有着一定的偏差，与Lorentz-Lorenz模拟方程的结果相对接近。同其他复杂的测试方法相比，紫外光谱法所需仪器普通，测试简便，不失为实验室中较为简单易行的一种预制棒折射率分布测试方法。     

长波长双窗口零色散单模光纤的理论设计

长波长双窗口零色散低损耗光纤的设计必须同时满足1.3μm、1.55μm 色散和损耗的要求,并受到单模条件和工艺条件的诸多限制,我们首次使用适于任意形状四包层折射率剖面的软件计算光纤传输特性,在最内包层折射率下陷深度小于4.4‰的限制下,对这种光纤进行了多目标、多变量的结构优化设计;最后对实验结果和计算值进行了比较.     

渐变折射率光纤自聚焦性的数学推导

对渐变光纤的自聚焦性进行了详细的分析和数学推导,尤其针对抛物线型折射率分布和双曲正割型折射率分布的渐变光纤从子午射线的轨迹方程,以及子午射线的渡越时间两个方面进行了全面论证,从而证实了双曲正割型折射率分布对子午光线而言是一种最佳的折射率分布,避免了模色散.     

渐变折射率光纤自聚焦性的数学推导

对渐变光纤的自聚焦性进行了详细的分析和数学推导，尤其针对抛物线型折射率分布和双曲正割型折射率分布的渐变光纤从子午射线的轨迹方程，以及子午射线的渡越时间两个方面进行了全面论证，从而证实了双曲正割型折射率分布对子午光线而言是一种最佳的折射率分布，避免了模色散。     

长周期光纤光栅传输模理论分析方法

综述了长周期光纤光栅传输模的各种理论分析方法,介绍了国内外近年来在这一领域的研究进展.主要以光纤三层模型为例讨论了正弦和矩形两种折射率调制型的长周期光纤光栅,并详细解释了均匀和非均匀情况下其传输谱的求解过程.在求解包层模色散方程得到各阶包层模式的传播常数的基础上,对均匀折射率调制型光栅,利用耦合模理论进行分析;对于非均匀光栅,在均匀情况的基础上,再结合基础矩阵法进行分析,或者直接采用传输矩阵法分析.最后讨论了长周期光纤光栅中纤芯基模到辐射模的耦合问题.     

在用近场法测量多模光纤剖面折射率分布中使用扰模器的研究

本文介绍了一种简单、快速测量多模光纤剖面的相对折射率分布的方法。这种方法是在近场法的基础上使用了一个扰模器,从而克服了近场法中漏泄模对测量结果造成的影响,因而不需要利用修正公式,而且均匀激励也不再是必要条件。本文把由大量实验得到的折射率分布曲线与利用端面反射法测得的折射率分布曲线进行了比较,得到了令人满意的结果。     

受扰光纤统一理论简介

引言受扰光纤统一理论是一种专门研究各类外界干扰条件下光纤传输性能的理论,其核心是建立外界干扰与光纤传输性能之间的定量关系,估计并确定外界干扰的影响,改进光纤信道(在光纤材料、结构和人为干扰诸方面),以保证优良的通信效果。受扰光纤统一理论的许多理论基础和研究方法直接来源于光纤传输理论,但更为复杂。例如,光纤传输理论所考虑的光纤折射率(或介电系数)张量是各向同性的,仅用一个分量     

铒镱共掺光纤折射率与元素分布均匀性研究

针对改进的化学汽相沉积工艺结合稀土螯合物高温气相掺杂法制备的双包层铒镱共掺光纤,通过研究铒镱共掺光纤预制棒的芯层沉积层数、每一层芯层反应物流量等因素对铒镱共掺光纤纤芯折射率分布与锗元素浓度分布均匀性的影响,降低了双包层铒镱共掺光纤纤芯中心处折射率凹陷的宽度和深度,同时改善了锗元素浓度分布的均匀性,最终将铒镱共掺光纤在1 535 nm波长处的纤芯吸收系数提高到66.1 dB/m,同时将双包层铒镱共掺光纤在1 200 nm波长处的纤芯本底损耗降低到10.8 dB/km。     

正八边形双芯光子晶体光纤的温度传感特性

正8边形光子晶体光纤包层结构较正6边形更接近于圆,因此它具有限制损耗低,非线性系数低,色散平坦的优点.设计了一种正8边形双椭圆孔纤芯光子晶体光纤,分析了这种光纤填充高折射率温度系数敏感液体后的温度特性.采用全矢量有限元法和光纤的模式耦合理论研究了温度对其有效折射率、耦合长度、模场分布和限制损耗的影响,计算并分析了具有相同结构参数的正6边形光子晶体光纤在1.55μm低损耗窗口的限制损耗.研究表明,模场分布与温度和波长有关,有效折射率和耦合长度都随着温度升高而减小,限制损耗随温度升高递增.结构一定时,长波长条件下和小椭圆率时具有更好的温度敏感特性;结构不同时,大占空比的光子晶体光纤具有更好的温度敏感特性.在波长1.55μm、相同温度下所设计的正8边形光子晶体光纤与正6边形光子晶体光纤的限制损耗相比大大减小.     

空心光纤中LP01模的场分布和消失波场特性分析

用弱导光纤近似，分析限空心光纤的场分布和消失波场特性，得出了色散方程并进行了数值计算，结果显示，在空心光纤里，空心区域的消失波场只限制在离纤芯内壁大约０．７λ厚的一层区域内，其场强的最大值仅为芯层中导波场最大值的１０％左右，保持空心光纤的其他参数不变，只改变纤芯层与包层之间的相对折射率差，不会引起区域内消失波场２的改变只会导致光纤包场分布的改变。     

LiNbO3单晶光纤的芯—包层波导结构

利用激光加热基座法生长了铌酸锂单晶光纤。通过镁离子内扩散以改变晶纤表层的成分，首次在国内实现了沿不同轴向生长的铌酸锂单晶光纤的芯－包层波导结构，通过对扩散参数的控制，实现了晶纤维层具有均匀和势折射率分布。并对包层后的晶纤特性进行了分析和讨论。     

光纤分析的有力工具：改进的Galerkin法

提出一种基于Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法的可对任意折射率剖面分布光纤的任意线偏振模计算的改进方法，文中给出了相应方法的详细理论推导，并对几个关键的光纤传输参量如传输常数、色散特性、模场半径等的数值计算方法作了改进，使运算效率有很大提高，这种方法可成为光纤分析与设计的有力工具。