多模光纖布拉格光柵的纖芯模式轉(zhuǎn)換的數(shù)值模擬

提出了一種基于級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵的光纖布拉格光柵解調(diào)系統(tǒng)。級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵作為邊沿濾波器,利用它的一個(gè)線性區(qū)監(jiān)測單個(gè)光纖布拉格光柵傳感信號(hào)。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn),但易受光源抖動(dòng)及系統(tǒng)其他不穩(wěn)定因素等帶來的系統(tǒng)噪聲的影響。為消除系統(tǒng)噪聲帶來的不利影響,對該系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)系統(tǒng)利用級(jí)聯(lián)長周期光纖光柵的兩個(gè)線性區(qū)同時(shí)監(jiān)測兩個(gè)光纖布拉格光柵傳感信號(hào)。分別用原系統(tǒng)及其改進(jìn)系統(tǒng)對溫度進(jìn)行監(jiān)測,實(shí)驗(yàn)的溫度測量范圍為-70～-115°c。原系統(tǒng)的靈敏度為0.49mv/°c,溫度分辨率為0.5°c;改進(jìn)系統(tǒng)的靈敏度為0.86mv/°c,溫度分辨率為0.3°c。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)系統(tǒng)能有效消除系統(tǒng)噪聲,提高系統(tǒng)的精度。

提出了一種基于fpga與dsp平臺(tái)的光纖布拉格光柵傳感分析儀,將外界參量的變化轉(zhuǎn)化為光纖布拉格光柵波長的偏移,通過數(shù)據(jù)采集、過濾雜波、信號(hào)波峰檢測、高斯曲線擬合以及加權(quán)波長計(jì)算等關(guān)鍵步驟來實(shí)現(xiàn)波長解調(diào)技術(shù),進(jìn)而完成溫度、應(yīng)變、壓力或位移等對象的在線測量,并且可以實(shí)現(xiàn)光纖線路故障分析與定位的功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該系統(tǒng)功耗低、線性度好、波長解調(diào)精度與分辨率較高。經(jīng)過長期測試,系統(tǒng)軟硬件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

分析光纖光柵傳感原理,闡述可調(diào)光纖f-p濾波器的工作機(jī)理和特點(diǎn),并介紹了基于arm實(shí)現(xiàn)光纖布拉格光柵(fbg)傳感器的解調(diào)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)。采用三星公司的s3c44box對經(jīng)過可調(diào)諧f-p腔解調(diào)后的波長信息進(jìn)行采集,并對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)可以滿足一般的工程要求。

根據(jù)理想模展開下的耦合模方程,對光纖布拉格光柵的峰值反射率公式進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到了布拉格光纖光柵的光譜反射率表達(dá)式。全面討論了光柵周期、光纖柵長、光致折射率微擾最大值等參數(shù)與光纖光柵反射光譜的關(guān)系。仿真結(jié)果顯示了固定參數(shù)下布拉格光柵的極限窄帶寬,得到的反射率為1、帶寬為0.02nm的窄帶寬布拉格光柵,比現(xiàn)今分布式傳感系統(tǒng)中使用的布拉格光柵的帶寬窄1個(gè)數(shù)量級(jí)。這種布拉格光纖光柵用于分布式傳感系統(tǒng),可大大提高分布式傳感系統(tǒng)中光源的帶寬利用率,消除各信號(hào)間的相互串?dāng)_,提高傳感光柵復(fù)用數(shù)目,降低解調(diào)系統(tǒng)成本。

單模光纖與多模光纖的對比 作者：鍋頭 單模光纖多模光纖 中心玻璃芯很細(xì)，芯徑一般為9或10μm。芯徑較大，纖芯直徑為50μm至100μm。 可用較為廉價(jià)的耦合器及接線器。 傳輸距離較長，根據(jù)目前的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備 來看，可以傳輸20~100km，理論上能達(dá) 到120公里。由于損耗小，傳輸長，光纖 主干布線大多用單模。 傳輸距離較短，最多傳輸5km。多用于較 短范圍內(nèi)的布線。 單模光纜價(jià)格比多模光纜便宜一些，但是 光電轉(zhuǎn)換設(shè)備價(jià)格比多模較貴，所以整體 而言單模的總體價(jià)格要偏高些。 多模光纖布線總體價(jià)格要偏低。 色散小，損耗小。色散大，損耗大。 只能傳一種模式光信號(hào)。可以傳多種模式光信號(hào)。 使用激光二極管（ld）作為發(fā)光設(shè)備。使用發(fā)光二極管（led）作為發(fā)光設(shè)備。 通常用于連接辦公樓之間或地理分散更 廣的網(wǎng)絡(luò)。 通常用于同一辦公樓或距離先對較近的區(qū) 域內(nèi)的網(wǎng)

為了從理論上統(tǒng)一射線光學(xué)和導(dǎo)波光學(xué)關(guān)于多模光纖中各模式場傳播過程中時(shí)延的論述,試從介質(zhì)波導(dǎo)理論出發(fā),根據(jù)模式的特征根u隨光纖歸一化頻率r的變化關(guān)系,在弱波導(dǎo)近似下導(dǎo)出了描述模式場相速vp與群速vg關(guān)系的重要結(jié)果:vp*vg=(c/n1)2。根據(jù)這一結(jié)果可以得出結(jié)論:對于低階模式,由于相速vp慢,所以群速快;高階模式其相速vp快,所以群速慢。對于給定的光纖,利用射線光學(xué)和波導(dǎo)光學(xué)進(jìn)行了帶寬估計(jì),2種理論計(jì)算結(jié)果的一致性,印證了上述關(guān)系的正確性。

研究了單模光纖布拉格光柵的偏振相關(guān)損耗(pdl)特性。運(yùn)用耦合模理論和瓊斯(jones)矩陣提出了反射光的有效偏振相關(guān)損耗(pdleff),并模擬了其隨光柵參數(shù)和雙折射量的變化性質(zhì)。光柵反射光的偏振相關(guān)損耗在反射譜的帶邊處明顯地表現(xiàn)出來,特別是帶邊比較陡峭時(shí)。結(jié)果表明,光柵的有效偏振相關(guān)損耗明顯地依賴于光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)和雙折射量。光柵的有效偏振相關(guān)損耗隨光柵長度和調(diào)制深度的增加急劇增大。對于給定光柵長度和調(diào)制深度的光柵,光柵雙折射量小于2×10-5時(shí),光柵的有效偏振相關(guān)損耗隨雙折射的增大迅速增大;光柵雙折射量大于2.5×10-4時(shí),光柵的有效偏振相關(guān)損耗的兩個(gè)主峰的寬度變大并在其上有子峰,隨雙折射的繼續(xù)增大,兩主峰間距增大而子峰變小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模擬基本吻合。

從布拉格光柵方程出發(fā),理論上分析了在溫度、應(yīng)變雙參量同時(shí)測量時(shí),考慮溫度-應(yīng)變交叉靈敏度、二階應(yīng)變靈敏度和二階溫度靈敏度情況下,溫度和應(yīng)變測量的誤差的一般數(shù)學(xué)公式.結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了溫度和應(yīng)變的誤差計(jì)算,得出3個(gè)二階靈敏度在不同的溫度變化、應(yīng)變范圍內(nèi)對測量誤差的貢獻(xiàn)不同.同時(shí)給出了波長的漂移量與溫度、應(yīng)變呈線性關(guān)系時(shí),溫度變化和應(yīng)變的范圍.

推導(dǎo)并驗(yàn)證了非啁啾取樣光纖布拉格光柵(sfbg)反射譜中反射峰值波長的表達(dá)式?；诜N子光柵中心波長對應(yīng)的折射率調(diào)制深度和取樣光纖布拉格光柵折射率調(diào)制函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)展開式,提煉出取樣光纖布拉格光柵的折射率調(diào)制深度和各階光柵周期,從而導(dǎo)出其反射峰值波長的表達(dá)式。由于考慮了占空比、取樣周期等取樣光纖布拉格光柵的結(jié)構(gòu)參量,因而表達(dá)式能夠描述反射峰的分布。仿真實(shí)驗(yàn)中,不同占空比或取樣周期下計(jì)算出的反射峰值波長、信道間隔符合數(shù)值反射譜。該表達(dá)式既適用于均勻取樣光纖布拉格光柵,也適用于交流切趾和交直流切趾取樣光纖布拉格光柵。

光纖布拉格光柵(fbg)傳感器是智能金屬結(jié)構(gòu)首選的信息傳輸與傳感的載體,埋入金屬材料內(nèi)部的fbg傳感器必須要經(jīng)過適當(dāng)保護(hù),金屬鍍層是最有效的保護(hù)方法之一。fbg經(jīng)過鍍前預(yù)處理,通過化學(xué)鍍方法可獲得均勻的金屬保護(hù)鍍層。針對金屬保護(hù)鍍層,應(yīng)用彈性力學(xué)基本原理分析了由于鍍層與fbg傳感器的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力,建立了鍍層厚度對fbg溫度傳感性能影響的數(shù)學(xué)模型。鍍鎳fbg的升溫和降溫傳感實(shí)驗(yàn)表明,升溫時(shí)的實(shí)際溫度靈敏度系數(shù)與模型值之間誤差為6.22%,降溫時(shí)的實(shí)際溫度靈敏度系數(shù)與模型值之間誤差為6.75%。與裸fbg相比,化學(xué)鍍鎳后的fbg溫度靈敏度系數(shù)提高1倍多。結(jié)果表明該溫度模型從理論上解釋了鍍層金屬熱應(yīng)力對fbg起到的溫度增敏作用。

研究單端腐蝕光纖布拉格光柵(fbg)在低折射率區(qū)(約1.333～1.360)對折射率與溫度同時(shí)測量的理論模型,分析其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對折射率靈敏度和線性度的影響,建立相應(yīng)的線性近似理論和誤差分析方法。理論仿真結(jié)果表明,可通過減小腐蝕區(qū)的直徑或選擇光柵周期較大的fbg制作傳感器來提高折射率靈敏度,但這同時(shí)會(huì)降低傳感器的線性度及增大折射率靈敏度的理論誤差。在此理論分析基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并制作一個(gè)單端腐蝕fbg,進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果一致。

作為一種新型智能傳感器件,光纖布拉格光柵(fiberbragggrating,簡稱fbg)在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用越來越引起人們的重視。在光纖光柵制作方法中,相位模板法使光纖光柵的制作難度大大降低,其優(yōu)異的穩(wěn)定性使得工業(yè)化生產(chǎn)光纖光柵成為可能,要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),其制作工藝尤為重要。采用常規(guī)通信單模光纖g.652,用相位掩模板和準(zhǔn)分子激光器制作fbg。通過實(shí)驗(yàn)對比,確定相位掩膜法制作fbg生產(chǎn)工藝參數(shù),為光纖光柵的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

提出了基于光纖布拉格光柵(fbg)包層模式的折射率傳感方案。實(shí)驗(yàn)中,利用不同濃度的丙三醇水溶液作為外界折射率傳感溶液,采用氫氟酸溶液化學(xué)腐蝕的方法來減小光纖包層的直徑以增大包層模式對外界折射率的敏感度,研究了腐蝕后光纖布拉格光柵包層模式的耦合波長對外部折射率的變化關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在1.3300~1.4584的折射率范圍內(nèi),包層模式耦合波長隨外界折射率增大而增大,在接近光纖包層折射率處具有很高的折射率靈敏度,最大達(dá)到了172nm/riu(refractiveindexunit)。而且,包層模諧振的光譜半峰全寬(約0.07nm)僅為布拉格纖芯模諧振光譜半峰全寬的1/4,能夠獲得更好的傳感精度。

理論分析和模擬計(jì)算了少模光纖布拉格光柵基模及高階模的耦合與傳輸特性,得到在相同外部折射率變化情況下,少模光纖基模與高階模耦合對應(yīng)的布拉格波長變化,比正、反向基模之間耦合對應(yīng)的布拉格波長變化顯著增大。實(shí)驗(yàn)上制作了少模光纖布拉格光柵,測量了基模之間以及基模與高階模之間對應(yīng)的布拉格波長隨外部折射率、溫度變化的情況,得到與理論分析相符的結(jié)果。而對于溫度變化對折射率測量結(jié)果干擾的問題,提出了通過計(jì)算布拉格波長差來克服溫度影響的方法。這些結(jié)果為采用布拉格光纖光柵測量外部折射率變化提供了一種新的途徑。

多模光纖 (3)

zemaxusers'knowledgebase-http://www.***.***/kb howtomodelcouplingintoamulti-modefiber http://www.***.***/kb/articles/141/1/how-to-model-coupling-into-a-multi-mode- fiber/page1.html bynam-hyongkim publishedon30january2007 thisarticledemonstratestheuseofthegeometricalimageanalysisfeaturetocompute multimodefibercouplingefficiency.thesamplefilescanbe

多模光纖 多模光纖 多模光纖容許不同模式的光于一根光纖上傳輸，由于多模光纖的芯徑較大，故可使用較為廉 價(jià)的耦合器及接線器，多模光纖的纖芯直徑為50μm至100μm。 目錄 分類 對比 多模光纖產(chǎn)品選用指南 多模光纖的應(yīng)用潛力 1.九十年代所占市場 2.七十年代崛起后 3.特點(diǎn) 4.“62.5”的興衰和“50”的崛起 5.“62.5”優(yōu)勢 6.后續(xù)發(fā)展 7.802.3出臺(tái)的影響 8.“新一代多模光纖” 1.新一代類型 2.新一代多模光纖光源 3.新一代多模光纖的帶寬 4.光源的注入 1.介紹 2.①偏置注入 3.②中心注入 展開 分類 對比 多模光纖產(chǎn)品選用指南 多模光纖的應(yīng)用潛力 1.九十年代所占市場 2.七十年代崛起后 3.特點(diǎn) 4.“62.5”的興衰和“50”的崛起 5.“62.5”優(yōu)勢 6.后續(xù)發(fā)展 7.802.3出臺(tái)的影響 8

深圳凱祺瑞科技有限公司-http://www.***.*** 多 模 光 纖 與 單 模 光 纖 深圳凱祺瑞科技有限公司-http://www.***.*** 1什么是單模與多模光纖？他們的區(qū)別是什么？ 單模與多模的概念是按傳播模式將光纖分類──多模光纖與單模光纖傳播模式概念。我 們知道，光是一種頻率極高（3×1014hz）的電磁波，當(dāng)它在光纖中傳播時(shí)，根據(jù)波動(dòng)光學(xué)、 電磁場以及麥克斯韋式方程組求解等理論發(fā)現(xiàn)： 當(dāng)光纖纖芯的幾何尺寸遠(yuǎn)大于光波波長時(shí)，光在光纖中會(huì)以幾十種乃至幾百種傳播模式 進(jìn)行傳播，如tmmn模、temn模、hemn模等等（其中m、n=0、1、2、3、??）。 其中he11模被稱為基模，其余的皆稱為高次模。 1）多模光纖 當(dāng)光纖的幾何尺寸（主要是纖芯直徑d1）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光波波長時(shí)（約1μm），光纖中會(huì)存 在著幾十種乃至幾

前言： 最近有人咨詢薛哥關(guān)于單模光纖和多模光纖方面的知識(shí)？什么是單模光纖？什么是多模光纖？如何選擇這兩 種光纖呢？ 正文： 1、什么是單模與多模光纖？他們的區(qū)別是什么？ 單模與多模的概念是按傳播模式將光纖分類──多模光纖與單模光纖傳播模式概念。我們知道，光 是一種頻率極高（3×1014hz）的電磁波，當(dāng)它在光纖中傳播時(shí)，根據(jù)波動(dòng)光學(xué)、電磁場以及麥克斯韋式 方程組求解等理論發(fā)現(xiàn)： 當(dāng)光纖纖芯的幾何尺寸遠(yuǎn)大于光波波長時(shí)，光在光纖中會(huì)以幾十種乃至幾百種傳播模式進(jìn)行傳播， 如tmmn模、temn模、hemn模等等（其中m、n=0、1、2、3、??）。 其中he11模被稱為基模，其余的皆稱為高次模。 1）多模光纖 當(dāng)光纖的幾何尺寸（主要是纖芯直徑d1）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光波波長時(shí)（約1μm），光纖中會(huì)存在著幾十種 乃至幾百種傳播模式。不同的傳播模式具有

光纖分為多模光纖和單模光纖。 多模光纖分為階躍型多模光纖和梯度型多模光纖。 階躍型多模光纖---芯玻璃的折射率n1必須大于包層玻璃折射 率n2，在 玻璃與包層玻璃的界面上折射率呈階躍增大，且各自恒定不變， 這光纖結(jié)構(gòu)最 單，制作最容易，但模色散大，帶寬窄，已經(jīng)很少使用。 梯度型多模光纖---采用芯玻璃折射率自光纖芯軸最大n1處逐 漸減小至包層玻璃界面處n2的折射率分布做成精確的拋物線狀 （g=2）時(shí)，這種光纖減小了模色散， 提高了帶寬。 單模光纖有g(shù)652、g653、g654、g655、g656等類型。 單模光纖的纖芯直徑8-9um,外徑125um。 g652光纖---最長用的是簡單階躍匹配包層型和簡單階躍下凹內(nèi) 包層型。 簡單匹配包層型光纖性能稍差，一般采用參雜ge來提高纖芯折 射率，參雜過多會(huì)因材料色散損耗增加光纖的衰減，因此相對折 射率差△偏低（約為

基于光纖光柵傳感技術(shù),采用光纖光柵應(yīng)變計(jì)、光纖光柵溫度計(jì)、光纖光柵位移計(jì)對一座既有預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板橋的靜、動(dòng)載試驗(yàn)進(jìn)行了測試;對比分析了傳統(tǒng)傳感技術(shù)與光纖光柵傳感技術(shù)的測試結(jié)果。結(jié)果表明:傳統(tǒng)傳感器和光纖傳感器實(shí)橋測量結(jié)果與計(jì)算結(jié)果均能吻合,均能夠反映出橋梁的實(shí)際受力狀態(tài);且光纖光柵傳感器可以真實(shí)反映加載的整個(gè)過程,實(shí)現(xiàn)加載過程的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)控。

采用數(shù)值模擬的方法研究了光纖布拉格光柵(fbg)的非線性雙穩(wěn)開關(guān)特性。從耦合模理論出發(fā),利用jacobi橢圓函數(shù)法得到了3種不同的解,首先對3種解下的非線性雙穩(wěn)開關(guān)特性分別進(jìn)行比較,然后針對各個(gè)解下的影響開關(guān)特性的失諧量、耦合系數(shù)和光柵長度等參數(shù)進(jìn)行分析,研究結(jié)果對于分析和構(gòu)建非線性雙穩(wěn)fbg光開關(guān)具有一定的意義。