D型光纤的特性分析VIP

1、D型光纤传输特性及其折射率传感特性仿真何小燕光波技术研究所,主要内容,D型光纤简介 建立仿真模型 D型光纤模场分析 D型光纤光栅特性分析 D型光纤双折射分析 结论,D形光纤的诞生背景,倏逝场：光纤中的导模在纤芯和包层的分界面上产生全反射，大部分能量都集中在纤芯中，但是有一部分能量会渗透到包层和外界环境中去，它是一种强度沿光纤径向呈指数衰减的电磁波，因此称其为光纤的倏逝场。 纤芯越接近外界环境，越多的能量就会渗透出去，外界与光纤的相互作用也就越强。 由于D型光纤结构具有非圆对称性，它的纤芯比常规单模光纤更接近外界环境，所以外界与光纤的相互作用比普通单模光纤强。 这使得 D 型光纤可以应用于能量耦

2、合、 折射率传感、弯曲传感等许多场合,D形光纤结构,图1 D形光纤的横截面示意图,图2 自制的D形光纤横截面的电镜扫描图， 直径为127um，高度为81.1um,李杰. 新型D型少模光纤Bragg光栅的特性及其在折射率测量中的应用. 2006,D形光纤结构,图3 聚合物D形光纤的结构类型,埋入型,突出型,曝露型,Buried D-Fiber. The core is situated a specified distance beneath the flat surface of the fiber,Exposed D-Fiber. The flat surface of the fiber

3、cuts across the core, exposing it,Raised D-Fber.The fibers core sits raised to your specification above the flat side of the fiber,D型光纤制作技术,通过研磨的方法将常规单模光纤的部分包层去除。 优点：不存在与单模光纤熔接损耗问题，并且制作非常方便，仅需要合适的光纤侧面研磨工具; 缺点：光纤研磨长度通常都比较短，表面平整度、一致性也较差，制作效率低，一般用于实验室少量制作。 研磨常规单模光纤预制棒的包层，使其横截面成为所设计的D形，然后拉丝直接制得D形光纤。 优点：

4、能够制得任意长度的D形光纤，而且光纤表面的平整度、一致性很好; 缺点：与常规单模光纤熔接耦合损耗较大，而且设备昂贵，一般适合光纤制造企业批量生产,陈哲，沈丽达，江沛凡等.光纤侧边抛磨装置及其工艺方法阳p,D型光纤模型,采用加拿大Apollo光子公司出品的APSS波导分析和设计软件来进行模拟分析D型光纤，建立的模型如图4所示，模型采用半结构设计，纤芯半径4.5um ，纤芯折射率 1.449222，包层折射率1.444024 ，工作波长1550nm，光纤置于折射率设为1.33的环境中，光纤的外直径为125 um,图4 APSS建立D型光纤模型,D型光纤模场特性,图5 LP01Ex的场分布图。(a)

5、 d=0; (b) d=4.5um,a,b,D型光纤光栅,光栅的Bragg波长为： B=2neff 用于测折射率时，波长漂移量： B=2neff 其中，为光栅周期，neff为光纤有效折射率， neff为光纤有效折射率的变化量,D型光纤光栅,利用APSS仿真得到光纤的有效折射率，再利用FOGS-BG软件仿真，光栅周期 取为 535.889 nm （1/2 掩膜板周期）。我们仿真时选择的固定波长为 1550nm。得到： 中心波长漂移量与d的关系 中心波长漂移量与外环境折射率n3的关系,中心波长漂移量与d的关系,图6 中心波长与d的关系,a,b,中心波长漂移量与d的关系,图7 n3从1.33到1.4

6、，中心波长漂移量与d的关系,中心波长漂移量与外环境折射率n3的关系,图8 中心波长随外环境折射率n3的变化,中心波长漂移量与外环境折射率n3的关系,图9 中心波长漂移量随外环境折射率n3的变化,D型光纤的双折射效应,波导双折射是由于波导结构的非圆对称性，使两个偏振方向（x和 y）激励时模式的传播常数不相等（x y）所引起,归一化双折射率,D型光纤的双折射效应,图10 归一化双折射率随d的变化（n3=1.33,D型光纤的双折射效应,图11 归一化双折射率随外环境折射率n3的变化(d=0,D型光纤的双折射效应,图12 归一化双折射率随传输波长的变化（n3=1.33，d=0,结论,d越小（腐蚀越厉害），中心波长漂移越厉害。 外环境折射率越大，中心波长漂移随外环境折射率 的变化率越明显。 d越小（腐蚀越厉害），入射波长越长，外界折射 率越小，归一化双折射率越大，双折射现象越明显