基于光束传播法的偏芯光纤传输特性研究-燕山大学学报.PDF

第３９ 卷 第２ 期 燕山大学学报 Ｖｏｌ ３９ Ｎｏ ２ ２０１５ 年３ 月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｍａｒ． ２０１５ 　 　 文章编号：１００７⁃７９１Ｘ（２０１５）０２⁃０１０７⁃０７ 基于光束传播法的偏芯光纤传输特性研究 ∗ 王玉田 ，程朋飞，杨　 哲，王惠新 （燕山大学 电气工程学院，河北秦皇岛０６６００４ ） 摘　 要：偏芯光纤由于纤芯偏离中心轴线，其光纤传输特性与传统光纤不同。 本文对常用的光纤传输特性数值 模拟方法及其优缺点进行了分析比较，确定采用光束传播法对偏芯光纤的光传输特性进行研究。 建立了偏芯 光纤的理论计算模型，分析了偏芯光纤对应的模场分布特性。 推导出偏芯光纤倏逝波的表达式，当纤芯距离包 层外表面非常近或贴近外表面时，可利用倏逝波进行光学传感。 运用ＲＳｏｆｔ 软件中的ＢｅａｍＰＲＯＰ 模块对偏芯光 纤进行了光学结构建模。 基于光束传播法，对偏芯光纤中的模场特性及光功率特性进行了仿真分析，并得到了 基模有效折射率和双折射与偏芯距离的变化关系。 关键词：偏芯光纤；光束传播法；传输特性；倏逝场 中图分类号：ＴＮ２５３；ＴＮ２２９．１１　 　 文献标识码： Ａ　 　 ＤＯＩ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１００７⁃７９１Ｘ．２０１５．０２．００２ 定程度上对传统光纤的性能进行改善，但其器件 ０　 引言 制作仪器设备也较昂贵，重复性较低，且对研究人 员的技术也有很高的要求。 光纤作为光学设备的基础器件之一，在国民 ［１⁃２］ 为了满足光纤通信技术的发展需求，研究人员 经济的各个行业和领域都有着广泛的应用 ，光 纤的传输特性主要包含两方面，即光本身在光纤 将光纤拉制成不同的结构，形成异型光纤。 偏芯光纤 中的传输特性与载有信息的光信号的传输特性。 属于异型光纤的一种，其纤芯更靠近外表，对外界环 ［３⁃６］ ［７⁃８］ 境变化更加敏感，使得该光纤体现出不同于传统光纤 其分析方法有时域有限差分法 、有限元法 和 ［９⁃１０］ 的特性。 Ｃｈａｍｓ Ｂａｋｅｒ 等提出了一种混合式偏芯光纤 光束传播法 。 时域有限差分法对计算机的内 新结构，其纤芯采用Ａｓ Ｓｅ ，包层采用ＰＭＭＡ ，并将其 存有极严格的要求，花费时间较长，且对几何形状 ２ ３ 复杂的问题，该方法精度会下降甚至不能求解。 拉锥，通过实验装置测量了锥形偏芯混合光纤中的双 有限元法所用的数学工具较复杂，不容易掌握。 折射和非线性特性。 实验结果表明此种偏芯光纤具 ［１３］ 光束传播法简单直观，能够真实的显示出模场在 有超高双折射和高的波导非线性特性 ，但是对偏 光波导中的分布情况。 芯光纤的模场和倏逝场分布并没有研究。 关春颖 为了使光纤特性与外界环境作用更为强烈 等人提出了一种由包层和贴近包层表面的圆形或 （即增加光纤的倏逝场） ，Ｋｈｉｊｗａｎｉａ 等采用聚合物