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1、D D型光纤传输特性及其折射率传感特性仿真型光纤传输特性及其折射率传感特性仿真1 1；.主要内容主要内容D D型光纤简介型光纤简介建立仿真模型建立仿真模型D D型光纤模场分析型光纤模场分析D D型光纤光栅特性分析型光纤光栅特性分析D D型光纤双折射分析型光纤双折射分析结论结论2 2；.D形光形光纤的的诞生背景生背景倏逝场：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
2、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合、折射率传感、弯曲传感等许多场合。3 3；.D D形光纤结构形光纤结构图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.2006.4 4；.D D形光纤结构形光纤结构图图3 3 聚合物聚合物D D形光纤的结构类型形光纤的结构类型埋入型突出型曝露型BuriedD-Fiber.Thecoreissituatedaspecifieddistancebene
3、aththeflatsurfaceofthefiberExposedD-Fiber.Theflatsurfaceofthefibercutsacrossthecore,exposingitRaisedD-Fber.Thefiberscoresitsraisedtoyourspecificationabovetheflatsideofthefiber5 5；.D D型光纤制作技术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
4、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：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.6 6；.D D型光纤模型型光纤模型 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.
5、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7 7；.D D型光纤模场特性型光纤模场特性图5 LP01Ex的场分布图。(a) d=0; (b) d=4.5um(a)(b)8 8；.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。9 9；.D D型光纤光栅型光纤光栅 利用APSS仿真得到光纤的有效折射率，再利用FOGS-BGFOGS-BG软件仿真，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
6、长为 1550nm。得到：u中心波长漂移量与d的关系u中心波长漂移量与外环境折射率n3的关系1010；.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)1111；.中心波长漂移量与d的关系 图7 n3从1.33到1.4，中心波长漂移量与d的关系。1212；.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。1313；.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。1414；.D D型光纤的双折射效应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
7、）所引起。归一化双折射率:1515；.D D型光纤的双折射效应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）.1616；.D D型光纤的双折射效应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)。1717；.D D型光纤的双折射效应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）.1818；.结论结论u d越小（腐蚀越厉害），中心波长漂移越厉害。u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。u 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。u d越小（腐蚀越厉害），D型光纤光栅作为传感器件 响应灵敏度越高，但是同时双折射效应更强。u要从根本上克服或减小D 型光纤波导双折射效应的 影响，对于光源的偏振稳定性就比较高。1919；.Thank you!2020；.
