双包层高双折射光纤偏振特性的研究.pdfVIP

双包层高双折射光纤偏振特性研究奉 张晓萍谭志红 (兰州大学信息科学与工程学院，兰州?30000) 摘要：本文研究丁以单轴晶体为内包屠形成的双包层材料各向异性高双折射光纤的传辕和很振特性． 在弱波导j丘似下，应用光披导理论．得出了0光与E光的色散方程及截止特性．通过计算机的模拟与分 析，划分出了截止区、单模单偏振区、单模双偏振区及多模区：分析了单模单偏区和单横双偏区存在的 条件；井研究了单模双偏区两偏振模式的偏振色教性．结果分析表明，几何参数s、光学参数如、～ 及xx(-包层折射率n3对所捌分的四十区域及所对应的伯振特性有着橙为明显的影响·此结果为光纤保偏器 的设计和应用高双折射单模光纤构成新型光纤传感嚣的设计提供了可靠的理论依据． 关键词：取包层光纤单摸单偏振单模双偏振保偏器光纤传感器 l引言 高坡折射单模光纤的偏振保持特性和双折射特性在相干光纤通信、光纤传 感等领域获得了广泛应用。目前理论和实验方面的研究工作．主要集中在研究纤 芯剖面采用椭圆结构而形成的结构各向异性高双折射光纤【。心，而对由单轴晶体 作为内包层形成的材料各向导性高双折射光纤在理论上缺乏深入全面的研究【3l。 在范纤传感器领域中．目前的研究工作主要是利用光纤中所传艳的光强度 的调制来进行传感与检测，而对偏振作为被调制量的研究涉及较少【4胴．．本文 应用光波导理论，研究了以单轴晶体为内包层构成的高双折射单模光纤的偏振特 性，划分了四个区域，研究了单模单偏区和单模双偏区出现的条件及不同条件下 所表现出的特性。研究发现由石英单轴晶体为内包层构成的双包层高双折射光纤 在荤模双偏振区，偏振色散随外包屡折射率显著变化的特性。本文的研究结果为 单模光纤保偏器的设计和设计新型光纤传感器提供了理论依据。 2理论推导 如图i所示，光纤纤芯的折射率为nI，半径为a，外包层(或外部环境)的折 射率为[-i3．两者均为各向同性材料。内包层为各向异性单轴晶体，外半径为b， 当选取晶体光轴与Y坐标重合时，三个主轴折射率分别为n、、“”n：．且有：nx=n：． ≠n，。弱导近似下，可认为两相互垂直偏振光(o光和E光)之lq不发￡卜耦合p】19 其场分量分别满足如下波动方程： 316 (审，2+t 2nf 3一∥2)如0， (1) l@f1+矿”。1一母?)eI：o l(V，2+如2一羼z)e，：o’‘2’ (甲。2+七2，?3 2一声2)孑专O． (3) 其中F=e。i+e，7．P，、P．分别为x和Y 至粤占皇塑坌量-k为真空中的波数。现 一 定义以下参量： Fig．IProfile of adoubl。 c fiber laddingwi tb U=d√t2n12一卢j． parameters W=6们2一k defined 2也2 y。ak√月I!Ⅵ，1． 吼=6√屏2一t3_2 q?曲氍■葡 P，=6√女2n。2一口，2． p，=b kf／V孑．-A。 方程(1)、(2)、(3)