光纖熔錐耦合系統(tǒng)理論新方法及其在光纖器件和傳感中的應用.pdf

1、錐形光纖是光波導理論和技術領域的一個很重要的研究課題，由錐形光纖構成的單模光纖器件包括有光纖耦合器、光纖波分復用器、光纖準直器、光纖擴束器、光纖濾波器和由錐形光纖構成的光纖傳感器件包括有耦合式傳感器、雙錐形彎曲傳感器和漸逝波傳感器及其它熔錐型光纖器件已廣泛應用于光纖通信和光纖傳感等領域。 根據(jù)國內(nèi)外有關熔融拉錐耦合理論的研究概況和現(xiàn)狀，本論文首先從熔錐形光纖的動態(tài)形狀曲線、空氣層對熔錐形光纖傳輸特性的影響和熔錐形光纖波導耦合三個

2、方面入手，以解決目前不能嚴格而完整地表示熔錐形光纖的形狀曲線函數(shù)和熔錐形光纖耦合的分段處理等問題。然后，將所獲得的結果具體應用于三種光纖無源器件的研制開發(fā)上。最后，對熔錐耦合式光纖漸逝波傳感器進行了理論和實驗研究。 本論文共分十章。第一章概述了光纖熔錐型耦合理論的發(fā)展狀況。第二章根據(jù)熔錐型光纖的形成機理，導出了數(shù)理微分方程，利用動態(tài)熔融區(qū)長度的概念，結合初始、邊界和錐區(qū)體積守恒條件，由行波法首次獲得完整而精確地描述光纖熔融拉錐動

3、態(tài)形狀曲線解析函數(shù)，這種解析解對于任意參數(shù)的燈頭，能方便、精確和完整地描述熔融光纖在不同拉錐過程中錐體動態(tài)形狀的變化，并以大量光纖熔融拉錐實驗進行了驗證。應該指出：只要已知初始熔融區(qū)長度，獲得的解能預知任意拉伸長度下的拉錐錐形曲線。從而，完整地解決了以往在光纖熔錐耦合的理論分析計算上難以嚴格導出拉錐動態(tài)形狀曲線函數(shù)的困難。第三章將等效階躍光纖方法推廣到任意折射率分布的多包層結構光纖。多包層結構光纖的折射率分布一旦確定，利用這一方法能精確

4、地計算得到其等效階躍光纖的歸一化折射率差，從而可方便地預知該多包層光纖的各傳輸特性參數(shù)。同時，將該方法應用于錐形光纖，以考慮空氣層對錐形光纖波導光傳輸特性及其耦合效應的影響。第四章首先建立任意橫截面介質(zhì)光波導間的模耦合方程及其耦合系數(shù)的計算公式，并就相同單模光纖的情況，與R．VaJlclooster等人的經(jīng)典理論計算結果進行比較，驗證了本論文的耦合理論。同時，結合第二，三章的理論結果，通過對光纖熔融拉錐時耦合輸出功率隨拉伸長度變化的動態(tài)