置入級(jí)聯(lián)拉錐結(jié)構(gòu)的新型光纖器件研究.pdf

1、隨著對(duì)光通信容量、通信距離及傳輸速率等要求越來(lái)越高，光纖后處理工藝及光電子器件得到了發(fā)展。光纖濾波器作為關(guān)鍵器件之一，在現(xiàn)代光纖系統(tǒng)中起到重要作用，其中光纖環(huán)鏡濾波器是目前最為實(shí)用的。其主要濾波原理是一束光信號(hào)通過(guò)3dB耦合器后被分成兩束光并沿著相反方向在光纖環(huán)鏡腔中傳播，最后又會(huì)在耦合器處相遇并發(fā)生干涉。在環(huán)鏡腔內(nèi)置入高雙折射光纖、不同突變錐結(jié)構(gòu)光纖及級(jí)聯(lián)錐結(jié)構(gòu)馬赫-曾德爾(M-Z)干涉儀等，可以改善濾波器的輸出特性。常規(guī)光纖中的錐形

2、區(qū)，改變了光纖本身物理參數(shù)，使得光功率重新分配，纖芯中的部分光能量以倏逝場(chǎng)的形式激發(fā)到包層中以高階模形式傳播，這是其調(diào)制光場(chǎng)的基礎(chǔ)。本文在分析錐區(qū)模場(chǎng)特性基礎(chǔ)上利用光纖拉錐機(jī)和光纖熔接機(jī)研制了兩類不同突變錐結(jié)構(gòu)的錐形光纖，得到了基于細(xì)錐和粗錐的馬赫-曾德爾(M-Z)干涉儀，提高了其性能可控性。將其作為傳感器實(shí)現(xiàn)折射率和溫度的測(cè)量，將其置入光纖環(huán)鏡濾波器中，實(shí)現(xiàn)輸出譜的穩(wěn)定可調(diào)，也可作為波長(zhǎng)選擇器用于調(diào)諧激光器的輸出。
　　論文主要

3、工作如下:
　　1.分析了單模錐形光纖基本結(jié)構(gòu)與傳輸特性，理論分析了錐結(jié)構(gòu)的模式激發(fā)耦合原理得到模場(chǎng)半徑和纖芯半徑的關(guān)系。著重介紹了基于拉錐機(jī)和熔接機(jī)的突變錐耦合點(diǎn)的制作以及制作過(guò)程中的注意事項(xiàng)和關(guān)鍵技術(shù)。
　　2.基于細(xì)錐和粗錐制作了兩種不同錐結(jié)構(gòu)的級(jí)聯(lián)對(duì)稱型光纖。通過(guò)比較單錐與級(jí)聯(lián)錐透射譜性能，研究了不同錐間隔下的透射譜效果，并得到最佳效果的級(jí)聯(lián)錐結(jié)構(gòu)參數(shù):細(xì)錐型光纖錐腰直徑50um，過(guò)渡區(qū)約為5mm，錐間隔L=13.1

4、cm，粗錐型光纖錐腰直徑165um，錐長(zhǎng)為450um，錐間隔L=10cm。錐間隔與透射譜波峰間隔呈反比，包層模有效折射率變化會(huì)導(dǎo)致干涉譜波長(zhǎng)偏移，基于此原理可用于外界折射率和溫度的測(cè)量。
　　3.將研制的M-Z干涉儀分別用于折射率和溫度傳感，酒精溶液折射率測(cè)量中，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合分析得到基于細(xì)錐和粗錐的光纖M-Z傳感器的靈敏度分別為-120nm/RIU和-152nm/RIU。將M-Z干涉儀的傳感臂作腐蝕或熔接處理后進(jìn)行溫度傳感，調(diào)

5、節(jié)環(huán)境溫度并跟蹤透射譜的兩個(gè)峰值點(diǎn)1、2。當(dāng)傳感器環(huán)境溫度在25～40℃之間變化時(shí)，實(shí)驗(yàn)得到細(xì)錐型光纖M-Z峰1、2處對(duì)應(yīng)的溫度響應(yīng)靈敏度分別為0.04nm/℃和0.023nm/℃;當(dāng)環(huán)境溫度在40～55℃之間變化時(shí)，峰1、2處對(duì)應(yīng)溫度響應(yīng)靈敏度分別為0.247nm/℃和0.117nm/℃。粗錐的光纖M-Z傳感器峰值1、2對(duì)應(yīng)溫度響應(yīng)靈敏分別為0.096nm/℃和0.070nm/℃。
　　4.將高雙折射率光纖、單錐型光纖以及級(jí)聯(lián)錐

6、形光纖分別置入光纖環(huán)鏡的濾波器，理論和實(shí)驗(yàn)研究了其輸出譜特性變化。研究發(fā)現(xiàn)將光纖單錐置入光纖環(huán)鏡濾波器后品質(zhì)因數(shù)提高約2倍，調(diào)節(jié)偏振控制器實(shí)現(xiàn)調(diào)制深度范圍11dB～37dB。將級(jí)聯(lián)錐形光纖M-Z的干涉儀置入光纖環(huán)鏡濾波器后，得到的輸出譜為兩種濾波器干涉譜的非相干疊加，在自由譜范圍1425～1550nm內(nèi)，置入級(jí)聯(lián)細(xì)錐和級(jí)聯(lián)粗錐后的新型濾波器的調(diào)制深度分別為5dB和10dB。透射譜包絡(luò)形狀隨著偏振控制器旋轉(zhuǎn)角的調(diào)整而改變，在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)