熔锥型单模光纤耦合器的一致性模型

由于熔锥型光纤耦合器几何形状的特殊性,其耦合特性的研究通常是对于不同的区域采用不同的近似模型。构建了一个可以同时对耦合器各个区域耦合特性进行仿真的一致性模型。选取适当的连续函数描述锥形曲线和横截面形状;采用归一化的三角分布和高斯分布的加权叠加实现了模场沿耦合器各区域的连续变化。利用变分法和局部模式理论,推导出了耦合器任意位置处的耦合系数计算公式。该模型考虑了熔融区的纤芯效应,考虑了锥形区的耦合效应,是一个更为精细的理论模型。数值模拟结果显示,该模型可为光纤耦合器和波分复用器的制作提供理论指导。     

熔锥型光纤器件微观结构对光学性能的影响

针对熔锥型光纤耦合器存在的性能一致性差、损耗高和隔离度低等问题,利用耦合模方程,通过Matlab软件计算发现,光纤折射率0.02的变化可以使耦合器的分光比变化1个周期;基于分子振动理论,得出了光纤玻璃红外光谱特征峰与Si-O-Si键角的本质关联,并推导了键角、分子体积和折射率间的关系表达式;通过显微红外光谱测试发现,光纤耦合器熔锥区的折射率分布不均匀,其锥区的折射率最小,熔区次之,裸光纤最大,并且拉锥速度变化50 μm/s,折射率大约变化0.002,这将严重影响耦合器的光学性能.     

熔锥光纤的模场传输特性分析

在近场光学显微镜、高功率光纤耦合器等应用场合,需要对熔锥光纤中的光场分布有更精确的了解。基于锥形函数,应用时域有限差分法模拟了熔锥光纤中的光场分布,分析了熔锥参数对单锥形光纤和双锥形光纤传输效率的影响,并与使用基模高斯近似得到的结果进行了比较。结果表明:使用基模高斯近似分析熔锥光纤的光场会产生较大误差;在形态分布对称的熔锥光纤中光场分布是非对称性的,基模场入射熔锥光纤后会在熔锥光纤中激发出泄漏模,对于单锥形和双锥形结构的熔锥光纤,初始熔融长度和拉伸长度对传输效率均有影响。应根据具体的应用情况,确定熔锥参数,以获得更高的传输效率。     

基于强耦合理论的熔锥型单模光纤耦合器研究

根据光纤的强耦合模理论,阐述了熔融拉锥型光纤耦合器的工作基理,并研究了熔融拉锥法制作单模光纤耦合器的过程,分析了各参数对耦合器性能的影响,利用光学测试系统测试了光纤耦合器各光学特性参数。经大量实验表明,强耦合模理论与实验结果吻合,说明该方法的可行性；同时拉锥法制作的光纤耦合器具有较好的性能特性,表明该方法具有制作过程简单、附加损耗低、方向性好、均匀性好、环境稳定以及成本低廉等优点。     

熔融拉制微纳光纤耦合器的仿真模拟

为了对微纳光纤耦合器进行研究,采用光束传播法,在不同熔融区长度和不同波长输入光情况下对微纳光纤耦合器的熔融拉制过程进行数值模拟,取得了输出光功率随拉伸长度变化的曲线和光场分布,并分析了耦合器的3个阶段的模场变化和光场特点。结果表明,当拉伸到微纳光纤耦合器失去有效耦合阶段时,两光纤的输出光功率趋于相等且不再随拉伸长度的变化而变化;熔融拉锥耦合器在各个阶段的光场分布特点不同;熔锥型的微纳光纤耦合器失去有效耦合与熔融区的光纤直径直接关联,且此光纤直径与输入光的波长有关,波长越小,熔融区需经拉伸达到的光纤直径越小。这一结果对研究微纳光纤耦合器失去有效耦合的成立条件是有帮助的。     

基于强耦合理论的熔锥型单模光纤耦合器研究

根据光纤的强耦合模理论,阐述了熔融拉锥型光纤耦合器的工作基理,并研究了熔融拉锥法制作单模光纤耦合器的过程,分析了各参数对耦合器性能的影响,利用光学测试系统测试了光纤耦合器各光学特性参数。经大量实验表明,强耦合模理论与实验结果吻合,说明该方法的可行性;同时拉锥法制作的光纤耦合器具有较好的性能特性,表明该方法具有制作过程简单、附加损耗低、方向性好、均匀性好、环境稳定以及成本低廉等优点。     

熔锥光纤器件的锥区特性

从理论和实验两方面研究了熔锥光纤器件的锥区的传输、耦合、偏振和调制特性.用耦合模理论分析给出了锥形光纤传输和耦合效率与锥区结构的关系.实验上测定了实际锥形光纤在不同锥角、不同长度下的偏振特性,得出偏振光经实际锥形光纤传输或耦合后,再传输其终端,得到均是椭圆偏振光的结论.测定了载波光脉冲经过锥形光纤耦合后其脉冲的变化特性,实验表明,光脉冲在经过锥形光纤耦合传输后其形状保持不变.     

光纤耦合器的计算及制作

可调谐式光纤耦合器适用于要求改变耦合功率的光纤光路上。本文介绍这种耦合器的计算方法和制作方法。本计算方法基于弱波导场、耦合波理论。对于不同尺寸及折射率的光纤可以按这一方法算得耦合系数和耦合功率值。     

不同分束比熔锥型光纤宽带耦合器特性研究

在弱导和弱耦合近似下，对熔锥型非对称耦合器进行了理论计算与分析，理论分析表明：这种非对称耦合器具有波长响应平坦的特性，而且非对称程度的大小直接影响耦合器输出功率的分配(即分束比)；通过在拉锥过程中控制组合波导的不同直径比，可以得到不同分束比的宽带耦合器．对分束比为50％的耦合器进行了性能测试，实验结果与理论分析相吻合．     

熔锥平行排列3×3单模光纤耦合器的研究

平行排列 3× 3单模光纤耦合器在光开关、光缓存器、光谐振腔、光滤波器等方面有很重要的应用 ,偏振态的演化和波长特性是耦合器应用中的关键问题。利用模耦合理论对平行排列 3× 3单模光纤耦合器的输出性能进行了详细分析 ,得出了光纤引线对耦合器的输出偏振态演化起主要作用 ,而耦合区的影响则比较小 ;通过理论推导模耦合系数 ,分析了耦合器的分光比随波长的变化关系 ,得出了输出分光比比较稳定的耦合器所需要的合适芯间距(对于我们研制的为 12 .5 μm)。并采用可移动火焰实际研制出了具有长耦合区的平行排列 3× 3单模光纤耦合器 ,测试表明输入光波长在 1 5 0 0～ 1 5 75 μm范围内变化时 ,耦合器的输出分光比变化不大 ,理论与实验结果基本相符     

Realization of Tapered Waveguide by Stretching the Rod Waveguide

By stretching the rod waveguide with different velocities in opposite directions, the tapered waveguide can be fabricated. In condition of taking no account of volume expansion caused by heating and under the assumptions of volume conservation,the rod waveguide can be stretched freely in the heated region without being stretched outside of the heated region. A model,which shows the relation of the transition shape and the two factors, that is the ratio of two velocity and the heated region length, is presented for the shape of the taper transition through mathematic deduction. Based on this model, a desired tapered waveguide can be fabricated. The tapered waveguide are widely used for fabricating tapered fiber couplers and sensors. In addition, the conclusion can be used for fabricating fused fiber coupler.     

熔锥型光纤耦合器的制备与测试

论述了熔锥型光纤耦合器的功率耦合理论，利用熔融拉锥法制得了3dB单模光纤耦合器。利用可调谐光源和光谱分析仪组成的光学测试系统，测试了熔锥型光纤耦合器的附加损耗、方向性与均匀性等光学性能。实验表明，该方法具有制作简单、较低的附加损耗和良好的方向性等优点。利用扫描电子显微镜观察了光纤耦合器的表面，发现在光纤耦合器的锥区存在微裂纹，并且拉伸速度越快，微裂纹越明显；在光纤耦合器的耦合区．光纤表面存在微小晶粒，且拉伸速度越慢，晶粒越粗大。     

Variational analysis of fused tapered couplers

A variational technique is used to evaluate the coupling ratio of a fused coupler. The technique can be used for both strongly and lightly fused couplers. Simple formulas are presented for use in regions of high V-value and are shown to be in agreement with the more lengthy beam propagation calculations. The importance of the fibre core in determining the field shape is highlighted. A realistic coupler model containing a gradual taper is presented and the strong wavelength response of the coupling ratio is confirmed by numerical means.     

Three-dimensional electromagnetic modeling of fiber-core effects onthe coupling characteristics of weakly fused tapered fiber-opticcouplers

Based on the full-wave formulations, which combine the finite element method add the boundary element technique, and the step-like approximation method, a three-dimensional (3-D) electromagnetic modeling approach is proposed in this work to investigate the fiber-core effects on the coupling characteristics of the weakly fused tapered couplers. We find the fiber cores have significant effects on the mode field patterns, coupling coefficients, and birefringence for the coupler with large normalized frequencies. The influence of the fiber cores on the coupling behavior for the real couplers, such as 3 dB power dividers, polarization beam splitters, and wavelength demultiplexing/multiplexing couplers, are also studied in 3-D view. It is found that the effects of fiber-cores in the weakly fused tapered couplers have to be considered for accurately modelling their coupling behavior, although the model with no core assumption can predict the trend of the coupling characteristics for the real couplers     

熔锥型光纤耦合器的工艺与显微形貌研究

以六轴光纤耦合机为实验平台,研究了熔融拉锥光纤耦合器的工艺、性能、显微形貌三者之间的相关规律.利用热电偶和电位差计测得了熔融拉锥时火焰的温度场分布,利用扫描电子显微镜观察了光纤耦合器的显微形貌.经大量观测实验研究发现:在光纤耦合器的锥形区域,存在皲裂,并且拉伸速度越快,皲裂越明显;在光纤耦合器的耦合区域,光纤表面存在微小晶粒,而内部没有发现微晶,即光纤耦合器玻璃表面发生了析晶现象,且拉伸速度越慢,晶粒越大.     

单模光纤组合波导的模型及熔锥工艺

本文首先用理论分析的方法证明了将单模光纤组合波导腰部区域的物理模型简化成等效平行波导的近似模型，必须作弱导近似和弱耦合近似．据此理论在弱熔工艺条件下研制成了高性能的，在１．２４～１．６０ μｍ波长范围内频谱响应平坦的２×２定向耦合器件，其具有哑铃形结构的腰部横截面，满足弱导近似和弱耦合近似的条件．     

熔融拉锥型光纤耦合器损耗的实验研究

结合2×2熔锥型光纤耦合器的制作,实验研究了拉锥速度、耦合长度、火焰位置3个关键制作参数对耦合器的插入损耗和附加损耗影响。当拉锥速度控制在150μm/s时,耦合器的插入损耗和附加损耗可以控制在较低水平;在拉锥长度较短的区间内,插入损耗与拉锥长度基本成线性关系;制作低损耗耦合器,火焰存在最佳高度为5.75 mm。     

熔锥光纤耦合器的应变研究

本文利用悬臂梁对单模熔锥光结耦合器的耦合比与应变的关系进行了研究。实验表明耦合器的耦合比不但对应变敏感,而且变化有单调性,因此,熔锥形单模光纤耦合器是一种有潜力的光纤应变传感器。     

The design of mode evolution couplers

The design of an optical switch based on a directional coupler with tapered velocity and tapered coupling is investigated. The physical principle is based on power transfer by the evolution of a single normal mode. We consider cases where the coupling coefficient and guide mismatch variation are determined by optimized shape functions related to rectangle, raised cosine, Hamming, and Blackman window functions. Following simplified analysis by coupled mode theory, the physical parameters of the device are determined and the predicted performance is verified by the method of lines. Significant improvement in sidelobe levels and coupling length ran be obtained by careful design