白光非本征光纤法布里-珀罗传感器的模式理论分析

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本文运用模式理论分别分析了单模光纤和多模光纤下白光光源非本征光纤法布里-珀罗传感器的基本原理及其输出干涉谱。理论推导得到新的输出干涉谱函数以及分析仿真了输出干涉谱与各参数的关系。其研究结论对设计、制作及应用高性能的单模光纤和多模光纤非本征法布里-珀罗传感器提供了理论基础,因而具有重要的意义。对于单模光纤非本征法布里-珀罗传感器,用模式理论推导得到新的输出光谱函数;分析该函数可知:干涉光谱的相位除了受到法珀腔腔长的影响外,还取决于入射光纤端面的模式耦合因子的相位。在此基础上,同传统的几何光学的分析方法比较,并通过仿真数据得出结论,耦合因子对提高传感器的准确率和高分辨率至关重要,故不能简单的被忽略掉。对于非理想结构下的单模白光非本征光纤法布里-珀罗传感器,用模式理论分析了非理想结构对输出干涉谱的影响。研究了两种常见的非理想结构,如法-珀腔两腔壁彼此在垂直方向上有微弱错位和法-珀腔两腔壁形成楔形夹角结构。根据仿真数据得出结构如下,前者只对干涉谱的条纹可见度有稍微的影响,而后者对干涉谱的幅度和相位都有影响,故直接影响了传感器的准确率和分辨率。对于多模光纤非本征法布里-珀罗传感器的理论研究,目前研究较少。本文利用多模光纤中的模式理论的基础知识分析了多模光纤非本征法布里-珀罗传感器的干涉原理,推导得到输出干涉谱的理论公式。通过比较单模和多模两种情况下的输出干涉谱,可以看出单模光纤传感系统的条纹可见度仅取决于模式耦合系数的振幅,而对于多模光纤传感系统,模式耦合系数的振幅和耦合诱导相移均是影响其条纹可见度的重要因素。这也从一方面说明了同条件下单模光纤传感器的性能要优于多模传感器。
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