论文部分内容阅读
本文主要研究熔锥型光纤耦合器的光学特性,分别分析了微米单模光纤耦合器与多模光纤耦合器的结构参数之间的数值关系,通过Rsoft软件与Comsol软件仿真分析光纤耦合器的光学特性。使用光纤熔接机制作熔锥型微米光纤耦合器,并使用熔锥型微米单模光纤耦合器进行液体折射率的测量,利用熔锥型微米多模光纤耦合器结合磁流体进行了磁场测量。本文完成的光纤耦合器仿真模型,更加接近耦合器传输的真实情况,使用熔接机制作的光纤耦合器,如果后期使用玻璃管或钢管进行封装,可以使其承受恶劣的测量环境,并保持测量性能的稳定性,且该种生产制备方法简单、灵活、适合大批量生产。本文的主要内容如下:(1)首先介绍了光纤耦合器的分类,以及光纤耦合器的制作方法并分析几种方法的优点和不足之处。然后介绍光纤耦合器的研究现状,以及光纤耦合器针对不同测量参数的传感技术应用。(2)介绍了耦合模式理论,根据仿真结果以及实际制作的其熔融区域与锥形区域的结构特点,提出弱融-强融-微纳波导融合模型的分段结合方法,使得理论分析对实际有了更充分的指导意义。本章还分析了熔锥型光纤耦合器的结构参数之间的数值关系,理论上提出融合度的计算公式。(3)通过Rsoft软件理论仿真微米单模光纤耦合器的结构参数对光纤耦合器光学特性的影响。理论分析光纤耦合器用于折射率测量的可行性。使用Comsol软件分析了微米单模光纤耦合器中光场的分布,使用光纤熔接机制作耦合器,并提出了光纤耦合器折射率传感器,搭建折射率测量系统,得到了相应的测量结果。(4)使用Rsoft软件理论仿真微米多模光纤耦合器的结构参数对光纤耦合器输出特性的影响。完成了微米多模光纤耦合器的折射率测量实验,证明相比于微米单模光纤耦合器,微米多模光纤耦合器对外界折射率更加的敏感。理论验证了微米多模光纤耦合器用于磁场测量的可行性。随后,结合空心光纤与磁流体制作磁场测量传感探头,搭建磁场测量系统,并完成相应的实验。本文对熔锥型光纤耦合器的结构参数进行了分析,首次对耦合系数进行了分段的分析。首次使用光纤熔接机制作了耦合器,熔融区截面直径最细可到达18μm,并对比了单模光纤耦合器与多模光纤耦合器对外界环境的折射率灵敏度,发现在同样的尺寸情况下,多模光纤耦合器用于折射率传感的灵敏度更高。