光纤光锥光学特性研究与测试

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锥形光纤器件制备及其特性研究

锥形光纤器件制备及其特性研究
本文是根据石墨烯加热子的电加热熔融拉锥方法,控制影响锥形的几项参数,通过不同拉锥参数的设定,制备多种锥形结构的光纤,其中包括双锥形M-Z干涉仪和非对称长周期光纤光栅等结构,分别做温度和应变的传感特性实验。

主要工作与成果总结如下:1、基于石墨烯加热子的电加热熔融拉锥方法的基础上,分析影响锥形的几项拉制参数,通过调节并优化温度、拉制速度与时间等参数,制备出多种形貌结构不同的锥形,并且分析出拉制温度对所得锥形粗细的影响,拉制速度与时间对所得锥形长度的影响。

2、通过不断变化拉制长周期光纤光栅(LPFG)中的温度和速度参数,在拉制过程中分别对第6个周期,第4个周期的拉制参数进行修改,制备出与其他周期不同的锥形结构,利用熔锥法制备出了在同一根光纤中包含六个锥区并且有3种形貌特征的长周期光纤光栅,并且称其为非对称LPFG。

3、分析3种形貌特征的LPFG 的透射谱,得出3W型谐振峰的LPFG,分析3W型谐振峰为过耦合现象,测量并分析LPFG的形貌特征,并做温度和轴向应变传感特性实验,分别计算出每个谐振峰波长的温度灵敏度和轴向应变灵敏度。

3W型谐振峰中一共包含了6个谐振峰,其中相邻两个谐振峰的温度传感特性相似,但应变传感特性相差较大,其中包含了应变灵敏度分别为7pm/με和近乎0pm/με的两个相邻的谐振峰。

4、利用熔融拉锥方法制备双锥形M-Z干涉仪,分析M-Z干涉仪的干涉谱和形貌特征,并做了温度传感特性实验,得出60pm/oC
的灵敏度。

锥形微结构光纤基本特性研究[S](精)

锥形微结构光纤基本特性研究[S]英文题名 Study on the Fundamental Properties of Tapered Microstructure Optical Fibers 专业光学关键词锥形微结构光纤; 有效折射率法; 分布傅立叶法; 色散; 自相位调制; 英文关键词 Tapered microstructure optical fiber; Effective index method; Split-step Fourier method; Chromatic dispersion; Self-phase modulation; 中文摘要锥形微结构光纤是在微结构光纤基础上通过二次处理拉制而成,其微观结构以及锥体形状使其呈现出许多传统锥形光纤不具备的特性。

具有这些特性的锥形微结构光纤在光通信以及光器件等领域具有极大的应用前景。

本文主要从理论上对锥形微结构光纤的基本性质进行了研究,主要内容包括: 首先,介绍了几种数值模拟方法。

详细分析了模拟锥形微结构光纤的全矢量有效折射率法,并且对模拟过程中的关键参数进行了优化。

利用蒙特卡洛方法以及Fortran语言对锥形微结构光纤非线性特征方程进行了求解。

其次,利用全矢量有效折射率法研究了锥形微结构光纤的基本性质,如有效归一化频率、基模在纤芯功率分数、色散以及非线性系数等基本参数。

研究发现锥形微结构光纤两端的结构参数及其形状对其性质有很重要的影响。

利用锥形微结构光纤两端结构参数的差异可以实现多模到单模的转换,高空气填充率的凸型锥形微结构光纤的传输效率较高。

最后,在分布傅立叶法的基础上,建立了适用于锥形微结构光纤的自适应分布傅立叶法,并利用此法对具有不同参数的脉冲在锥形微结构光纤不同色散区的传播和演化进行了模拟。

重点研究并分析了初始脉冲的峰值功率、脉宽以及啁啾系数在不同色散区域对脉冲传... 英文摘要 Tapered microstructure optical fibers based on microstructure optical fiber are drawn by the second processing technology, the microstructure structure in the cladding and the tapered shape have resulted in some unusual properties unattainable with conventional tapered fiber. Therefore, tapered microstructure optical fibers with these unusual properties have great potential applications in many fields, such as optical communication and optical device. The fundamental properties of tapered microstructure opt... 摘要 4-5 Abstract 5-6 第1章绪论 9-20 1.1 选题的背景及意义 9-10 1.2 微结构光纤 10-12 1.2.1 微结构光纤简介 10-11 1.2.2 微结构光纤分类 11-12 1.3 锥形光纤简介 12-13 1.4 锥形微结构光纤简介 13-17 1.4.1 锥形微结构光纤的制作方法 14-15 1.4.2 锥形微结构光纤结构测试方法 15-17 1.5 锥形微结构光纤的应用 17-19 1.5.1 耦合器17 1.5.2 模式干涉仪 17-18 1.5.3 传感器18-19 1.6 本文的主要内容和结构安排 19 1.7 本章小结 19-20 第2章锥形微结构光纤的数值模拟方法 20-38 2.1 引言20 2.2 多极法 20-22 2.3 平面波展开法 22-23 2.4 波束传播法 23-25 2.5 全矢量有效折射率法 25-36 2.5.1 锥形微结构光纤的几何理论 25-26 2.5.2 等效的阶跃型折射率光纤的特征方程 26-31 2.5.3 锥形微结构光纤包层有效折射率的计算 31-35 2.5.4 参数优化 35-36 2.6 本章小结 36-38 第3章锥形微结构光纤基本性质的模拟和分析 38-50 3.1 引言38 3.2 锥形微结构光纤的形状以及结构对其性质的影响 38-49 3.2.1 TMOF 的形状以及结构对有效归一化频率的影响 38-41 3.2.2 TMOF 的形状以及结构对纤芯中基模功率分数的影响41-44 3.2.3 TMOF 的形状以及结构对色散的影响 44-47 3.2.4 TMOF 的形状以及结构对非线性系数的影响 47-49 3.3 本章小结 49-50 第4章超短脉冲在锥形微结构光纤中的传输50-74 4.1 引言 50 4.2 光脉冲在光纤中的传输 50-53 4.3 自适应分步傅立叶法 53-56 4.4 超短脉冲在TMOF 中传输的数值模拟和结果分析 56-73 4.4.1 不同色散区脉冲在TMOF 中的传输和演化 60-62 4.4.2 初始脉冲峰值功率对脉冲在TMOF 中的传输特性的影响 62-65 4.4.3 初始脉冲啁啾对脉冲在TMOF 中的传输特性的影响 65-68 4.4.4 初始脉冲宽度对脉冲在TMOF 中的传输特性的影响 68-73 4.5 本章小结 73-74 结论 74-76 参考文献 76-82 2.5.2 等效的阶跃型折射率光纤的特征方程 26-31 2.5.3 锥形微结构光纤包层有效折射率的计算 31-35 2.5.4 参数优化 35-36 2.6 本章小结 36-38 第3章锥形微结构光纤基本性质的模拟和分析 38-50 3.1 引言38 3.2 锥形微结构光纤的形状以及结构对其性质的影响 38-49 3.2.1 TMOF 的形状以及结构对有效归一化频率的影响 38-41 3.2.2 TMOF 的形状以及结构对纤芯中基模功率分数的影响41-44 3.2.3 TMOF 的形状以及结构对色散的影响 44-47 3.2.4 TMOF 的形状以及结构对非线性系数的影响 47-49 3.3 本章小结 49-50 第4章超短脉冲在锥形微结构光纤中的传输50-74 4.1 引言 50 4.2 光脉冲在光纤中的传输 50-53 4.3 自适应分步傅立叶法 53-56 4.4 超短脉冲在TMOF 中传输的数值模拟和结果分析 56-73 4.4.1 不同色散区脉冲在TMOF 中的传输和演化 60-62 4.4.2 初始脉冲峰值功率对脉冲在TMOF 中的传输特性的影响 62-65 4.4.3 初始脉冲啁啾对脉冲在TMOF 中的传输特性的影响 65-68 4.4.4 初始脉冲宽度对脉冲在TMOF 中的传输特性的影响 68-73 4.5 本章小结 73-74 结论 74-76 参考文献 76-82 2.5.2 等效的阶跃型折射率光纤的特征方程 26-31 2.5.3 锥形微结构光纤包层有效折射率的计算 31-35 2.5.4 参数优化 35-36 2.6 本章小结 36-38 第3章锥形微结构光纤基本性质的模拟和分析 38-50 3.1 引言38 3.2 锥形微结构光纤的形状以及结构对其性质的影响 38-49 3.2.1 TMOF 的形状以及结构对有效归一化频率的影响 38-41 3.2.2 TMOF 的形状以及结构对纤芯中基模功率分数的影响41-44 3.2.3 TMOF 的形状以及结构对色散的影响 44-47 3.2.4 TMOF 的形状以及结构对非线性系数的影响 47-49 3.3 本章小结 49-50 第4章超短脉冲在锥形微结构光纤中的传输50-74 4.1 引言 50 4.2 光脉冲在光纤中的传输 50-53 4.3 自适应分步傅立叶法 53-56 4.4 超短脉冲在TMOF 中传输的数值模拟和结果分析 56-73 4.4.1 不同色散区脉冲在TMOF 中的传输和演化 60-62 4.4.2 初始脉冲峰值功率对脉冲在TMOF 中的传输特性的影响 62-65 4.4.3 初始脉冲啁啾对脉冲在TMOF 中的传输特性的影响 65-68 4.4.4 初始脉冲宽度对脉冲在TMOF 中的传输特性的影响 68-73 4.5 本章小结 73-74 结论 74-76 参考文献 76-82。

锥型塑料光纤的光传输特性及其应用研究

1
华侨大学硕士学位论文：锥型塑料光纤的光传输特性及其应用研究
的波形相对于入射波形出现展宽，其传输带宽仅为几十至上百 MHz ⋅ Km。氟化梯度折射率分布塑料光纤从选择低色散材料出发，以优化的梯度折射率分布为手段，即可将其折射率分布指数在 0.85~1.3μm 波长范围内选定为 2.07~2.33，从而起到抑制模间色散，控制出射光波相对于入射光波展宽的效果，进而可获得高达几百 MHz ⋅ Km 至 10GHz ⋅ Km 的传输带宽。由于塑料光纤是由塑料材料构成的，故其在高温环境中工作会发生氧化降解。氧化降解是光纤芯材料中的碳基、双键和铰链互相作用形成的。氧化降解将促使电子跃迁加快，进而引起光纤损耗增大。为提高塑料光纤的热稳定性，通常的做法是：选用含氟或硅的塑料来制造塑料光纤或者选取塑料光纤的工作波长大于 660nm 处，以使塑料光纤具有高的热稳定性。
1.1.2 塑料光纤的应用
塑料光纤以其柔软易弯曲、芯径大、易耦合、抗电磁干扰/电磁辐射、制造工艺简单和成本低等优点，广泛应用于短距离、中小容量信息传输系统中，例如短距离高速数字通信、有线电视、局域网（Local Area Network，简称 LAN）、室内计算机之间的连接、传感器、CD 播放机、汽车、飞机信息传输网络、多媒体网络、军事网络等、甚至可以用于宇航以及导弹的制导。目前，短距离、中小容量系统主要还是采用铜质电缆。随着对 POF 研究的深入，POF 的传输距离不断增加，相关器件的成本不断降低，加上用户对带宽需求的增长，铜质电缆迟早会被 POF 所代替。用于局域网一般局域网数据传输距离在100m甚至65m之内，包括校园网、楼宇
III
华侨大学硕士学位论文：锥型塑料光纤的光传输特性及其应用研究
实验发现，锥形塑料光纤对于提高光束的耦合效率具有良好的效果。

实验报告——激光束光学特性的实验测量

实验报告一、实验题目：激光束光学特性的实验测量二、实验内容及部分原理：测量激光束质量因子M2、光束束腰大小w0、位置z0和光束远场发散角高斯光束在自由空间的传播满足方程（1）()1202202=-Zz wz w（1）方程（1）中， λπ2020w Z=称为瑞利尺寸或共焦参数。

沿光轴方向，任一位置z 处的光斑半径可由公式（2）描述()()2020202z z ww z w -⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=πλ （2）其中，w 0是光束的束腰半径，λ 为光波长，z 0 是束腰的位置。

激光束质量因子M 2作为评价参量，其定义为远场发散角理想高斯光束腰束宽度远场发散角实际光束束腰宽度⨯⨯=2M（3）具体表示为 λθπ02W M=（4）其中，W 0是实际光束的束腰半径，θ 是其远场发散角。

因此，对于实际激光束，其光斑方程可以写为 ()()20204202z z WM W z W-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=πλ （5）公式（4）和（5）可以取x 和y 方向分量表达形式。

λθπλθπyy yxx xW MW M002002,==（6）()()20204202x x x xx z z WM W z W -⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=πλ （7）()()20204202yy y yy z z WM W z W -⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=πλ （8）因此，依据公式（4）或（6），M 2的测量归结为光束束腰半径W 0和远场发散角θ 的测量确定。

为了在测量中确定光束的有效宽度W ，目前多采用光功率分布的二阶矩测量法。

()()()()z z W z z W yy xx σσ2,2== （9）其中，()()z z y xσσ和称为光功率函数的二阶矩，定义为()()()()⎰⎰⎰⎰⋅-=dxdyy x I dxdyy x I x x z g x,,22σ（10）()()()()⎰⎰⎰⎰⋅-=dxdy y x I dxdyy x I y y z gy,,22σ（11）由于实际测量是逐点进行的，因此，公式（10）和（11）可变换为离散形式()()()[]()∑∑⋅-=ii i ii i gixy x I y x I x xz ,,22σ（12）()()()[]()∑∑⋅-=jj jjj j gjyy xI y x I y yz ,,22σ（13）其中，y g 是光束横截面的重心。

低损耗双锥光纤的制备与光学特性研究

中图分类号：Ｔ３２Ｎ０
文献标识码：Ａ
文章编号：８２１１（０）２０３ — ５１１— ９８２１０— ０３０１
收稿日期：００１— ４２１— ０１
基金项目：国家９３７前期研究专项项目（０９Ｂ２２６。国家自然科学基金项目（０００４２０Ｃ３６０）６７７１、
目前，利用耦合器通过近场耦合方式可以实现微球腔ＷＧＭ的应用。在已通过实验证实有效
的近场耦合器中，锥形光纤具有制备简单、成本低廉、体积小、柔韧性强、模式可控、易于集成化等优点［［是，通常采用的单锥光纤存在耦４。但１１５
波，因此，高效激发微球腔特定光学模式，特别
纤为阶跃型光纤，基模场为贝赛尔函数分布，其电场振幅Ｅ近似表示为：可
ｅｐ（Ｏ）ｘｉｚｘ一２９ｏｅｐ（ｔ）ｓ２
ห้องสมุดไป่ตู้（１）
式中ｒ为径向坐标，为基模场的模半径，可
Ｎｒｎｖｒｔｏｈｎ，Ｔｉａ３０ｈｎ）ｏｈＵｉｓｙｆＣｉａａｕｎ００５，Ｃｉａｔｅｉｙ１
ＡｂｔａｔＬｗｌｓｉｏｉａｂｒｗａａｒａｅｙｍｅｔｐｌｎｔｏ．ｈｐｉａｒｎｍｉｓｏｅｅｄｎｅｏｒｗｎｓｒｃ：ｏｏｓｂｃｎｃｌｅｓｆｂｉｔｄｂｌｕｌｇｍｅｈｄＴｅｏｔｌａｓｓｉｎｄｐｎｅｃｆｄａｉｆｃ－ｉｃｔｐｒｍｅｅｓｕｈａｕｌｇｌｎｔ，ｓｅｄａｄＨｙｒｇｎｆｗｗｅｅｉｖｓｉａｅｎｄｔｉｘｅｍｅｔｒｓｌｈｗｈｔａａｔｒ，ｓｃｓｐｌｎｅｇｈｐｅｎｄｏｅｏｒｎｅｔｔｄｉｅａｌｉｌｇ．Ｅｐｒｎｅｕｔｓｏｔａ，ｉｓｐｌｎｅｇｈｗｔ０ｕｌｇｌｎｔｉ３ｍｍ－２ｉｈ３ｍｍ，ｓｅｄｔ．５ｐｅｓｗｉ０１ｍｍ／，ａｄＨｙｒｇｎｆｗｗｔ４ｈｓｎｄｏｅｏｉ１０—１０ａｅｔｌｒｎｎｆｃｅｔｌｈ５ｒｏｅａｔａｄｅｉｎ．ｉＷｉｈｓａｒｃｔｎｐｒｍｅｅｓｉｏｉａｂｒｗｉ．ｄ０７Ｂｌｓ．．１ｍ－．１ｍａｅｉｍｅｅｓｏｔｉｅ．ｔｔｅｅｆｂａｉａａｔｒ．ａｂｃｎｃｌｆｅｔ０５Ｂ一．ｄｏｓ０６ｘｈｉｏｉｈ２５ｘｔｐｒｄａｔｒｉｂａｎｄＴｅｏｔａｒｎｆｒｎｒｐｒｉｓｏｅｂｃｎｃｌｆｅｒｅｔｄｗｔｃｏｐｅｅｃｖｔｏｐｉｇｅｐｒｍｅｔａｄｔｅｈｐｉｌｔｓｍｉｇｐｏｅｔｆｔｉｏｉａｂｒａｅｔｓｉｍｉｒｓｈｒａｉｃｕｌｘｅｉｎｎｈｃａｏｅｈｉｅｈｙｎ

第5章-光纤光学ppt课件光纤的特征参数与测试技术

对于 1 Gbps速率的光脉冲，脉宽约为 1 ns. 如果脉冲展宽达到脉宽的20％，则系统将不能工作。上述情形显然不适合于1 Gbps速率，因为脉冲展宽已经达到100％；但是对于 155 Mbps速率系统没有问题，因为其脉冲宽度为 6.5 ns，20％的展宽为1300ps。
如果采用线宽为 300 MHz的DFB激光器，在1 Gbps 调制速率下光谱被展宽 2 GHz，即光源谱宽为2,300 MHz 或 .02 nm (1500 nm波长). 则传输10 公里距离，色散脉冲展宽值为 : D = 17ps/nm/km × .02 nm × 10 km = 3.4 ps
显然这种情形下， 1 Gbps速率光通信系统没有任何问题。
课堂测验(7)
1. 哪些因素限制光通信传输距离？ 2. 一光纤长220公里，已知光纤损耗为0.3dB/km，当输出光功率
为2.5 mW时，输入光功率为多少？ 3. 为什么光纤在1.55μm的波长损耗比1.3μm波长小? 4. 光纤的损耗能否降为零？为什么？ 5. 三角形折射率分布光纤与平方率折射率分布光纤哪种波导色散
光纤的损耗
§5.1.1 光纤材料的吸收损耗
光纤的损耗谱
不断拓展的光纤窗口波长
2004年
7
§5.1.2 散射损耗
特点：不可能消除的损耗
散射损耗
特点：非线性散射
产生新的频率分量
散射
机理：光
新光波长+声子
§ 5.1.3 光纤的弯曲损耗
物理机制
光纤发生弯曲
全反射条件破坏
约束能力下降
导摸转化为辐射摸
大？为什么？ 6. 简述光纤中三种色散的机理。在什么条件下光纤的色散为零？
习题：5.4~5.11

锥形光纤的结构与特性

薛春荣 1, 2 ,侯海虹 1
(1. 常熟理工学院 ,江苏常熟 215500; 2. 中科院上海光学精密机械研究所 ,上海 201800)
摘要 :通过理论分析和仿真试验 ,研究了锥形光纤的几何形状对锥形光纤的传输损耗和耦合效率的影响。用几何光学的分析方法 ,说明了光信号在锥形光纤中的传输损耗远低于同类型的圆柱形光纤 ;仿真试验研究了光源与光纤的相对位置、锥形光纤的尖端半径、锥形光纤的锥角大小对锥形光纤耦合效率的影响。关键词 :锥形光纤 ;传输损耗 ;耦合效率中图分类号 : TN253 文献标识码 : A
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
激光与红外 No. 9 2007 薛春荣侯海虹锥形光纤的结构与特性
率 [ 4 ] 。本文用光学设计仿真软件对锥形光纤进行
了研究 ,力求找到锥形光纤的几何形状与耦合效率
间的关系 , 以便优化锥形光纤的形状 , 提高耦合
效率。
对锥形光纤仿真研究的原理是光线追迹 ,通过
追踪射入与射出锥形光纤的不同光线的传播路径计
算锥形光纤的耦合效率。仿真用的光源为方向性
强、稳定性好的波长为 0. 6328μm 的 He - Ne激光器 ,光纤参数为 50 /125μm ,锥形光纤的几何结构如
n < 1 = tan (θ- 2α) - tanα
(4)
x1
d
把式 (4)与式 (2)相比较可以看出 ,激光在锥形光纤
中的反射次数少于在圆柱光纤中的反射次数 ,并且 ,
由于反射角的增大 ,在相同的传播距离内 ,激光走过

多模锥形光纤耦合与出光特性的研究

ｉａｉａｅｈｒｕｈｔｅｅｐｒｍｅｔ．ｓｖｄｃｔｄｔｏｇｈｘｅｉｎｓ
Ｋｅｒｓｔｐｒｄｆｅ；ｐｒｒｎｌ；ｇｔａｉｉｎｅｃｕｌｇｅｉｅｃｙｗｏｄ：ｅｅｂｒａｅｕｅａｇｌｄｔｎａｇ；ｏｐｉｆｃｎｙａｉｔｅｉｒａｏｌｈｎｉ
ｔｅｔｐｒｎｌａｄｔｅａｅｄｅｄｒｄａｏｎｅｖｒｓｔｅａｅｅｎｅａｅｏｔｉｅｒｇｅｎｙｉｉｈｅｅａｇｎｐｒｎｉｉａｇｅｓｐｒｄａｇｒｂａｎｄｔｏｈｔａｓ．Ｆ— ａｄｅｈｔｅａｔｎｌｕｈｔｌｈｕｈａｌｓ
大小条件下锥端光线传输特性，导出了锥角大小与锥端孔径角及出光发散角的关系。按照推理论指导制备了不同锥角的银行光纤，通过激光二极管与锥形光纤耦合等实验验证了理论的正确性。
关键词：形光纤；径角；锥孔出光发散角；耦合效率
ｏｉｅｅｔｎｅａｅａｒａｅｙａｓｆｅｉｇｎｕｌｇｈｎｆｐｉｂｒＴｅｃｒｃｎｓｏｅｈｏｆｆｒｎａｇｒｆｂｃｔｂｎｌｎｄｌｎｅｅｄｏｔａｆｅ．ｈｏｒｔｅｓｆｈｅｒｄｆｌｉｄｍｅｏｍｔａｐｉｔｏｃｉｌｅｔｔｙ
（ｃｏｌｆｈｓｓｎｌｔｎｓＨｎｎＵｉｒｔ，ａｅｇ７０１ＣｉａＳｈｏｏｙｉｄＥｅｒｉ，ｅａｎｅｓｙＫｉｎ５０，ｈｎ）Ｐｃａｃｏｃｖｉｆ４

锥形光纤的结构和传光特性_图文(精)

第四章锥形光纤的结构和传光特性4.1 锥形光纤的结构通常锥形光纤的加工方法有两种：腐蚀法和融拉法。

前者的特点是光纤包层直径沿传播逐渐减小，而纤芯直径除了在小端附近时逐渐变小，其余部分基本不变。

后者可以看成在锥形区域内包层和纤芯的直径沿纤轴方向均逐渐变小，包层和纤芯的直径之比保持恒定。

我们现在所讨论的是基于后者的锥形光纤。

图4.1.1 锥形光纤的几何剖面图图4.1.1是锥形光纤的几何剖面图。

其中，A是光锥锥度，l是光锥长度，是尖端半径，是光纤锥的粗端半径。

由锥形光纤几何参数可用下面数学式表示[12]:（4.1）由上式可以看出，尖端直径越小， A越小。

l值越小A就越大，锥形变化也就越尖锐。

4.2 本次实验所用到的锥形光纤图4.2.1为本次实验所拉的锥形光纤。

锥形光纤的锥长为1160.02um，腰宽为22.34um。

由图可看出，拉成的锥非常完美。

实验中用自制的热拉伸装置把光纤拉成锥形，在拉锥过程中尽量保证两手力道均匀，并且由于实验装置是高压的，要注意实验安全。

锥形光纤顶端锥体的角度，变化范围越大光纤表面越光滑，锥形锥区越短，传输效率就越高。

图4.2.1 实验拉成的锥形光纤实物图当光线在锥形光纤传输时，要使入射光线能从锥形光纤的另一端出射，由全反射条件：（4.2）上式中，为锥形光纤的锥角，是光纤出射端的半径，是光纤入射端的半径。

要使锥形光纤可以传输光，光纤要有一个最小长度，所以实验中不能拉锥过长。

图4.2.2 单模锥形光纤结构示意图4.3 锥形光纤的传光特性由上述我们所讨论锥形光纤结构，光进行传输时，有许多与普通常用光纤不同的特性，同时它与器件耦合时有高的耦合效率、低的传输损耗等优点，这些是研究着们现在所关注的。

（4.3.1）光纤内径为d；激光光束与光纤轴线的夹角为θ；n为光在普通光纤中传输时，沿轴向单位长度的反射次数。

（4.3.2）光纤内反射膜的反射率为ρ，k为每次反射所引起的传输损耗。

由4.3.1及4.3.2式可知，单位长度上的反射次数越多，能量的损耗就越多。

锥形光纤的传输特性及其在近场光学显微镜中的应用的开题报告

锥形光纤的传输特性及其在近场光学显微镜中的应用的开题报告题目：锥形光纤的传输特性及其在近场光学显微镜中的应用一、研究背景近场光学显微镜是一种最小可见分辨率为几纳米的超高分辨率显微镜，其应用范围十分广泛，包括材料科学、生物学、化学等领域。

在近场光学显微镜中，锥形光纤可以用于导引和收集光信号，因此对锥形光纤的传输特性进行研究对近场光学显微镜的性能提升至关重要。

二、研究内容及目的本研究旨在研究锥形光纤的传输特性及其在近场光学显微镜中的应用，具体内容包括：1. 锥形光纤的制备方法和原理；2. 锥形光纤的光学特性，包括损耗、色散、波导模式等；3. 锥形光纤在近场光学显微镜中的应用，包括信号采集、光强增强、拉曼光谱等方面的应用。

通过研究锥形光纤的传输特性及其在近场光学显微镜中的应用，旨在提高近场光学显微镜的性能，并为相关领域的研究工作提供参考。

三、研究方法和技术路线1. 制备锥形光纤并进行光学测试：使用化学蚀刻法、爆炸法等方法制备锥形光纤，并进行光学测试，包括形貌特征、光学常数、损耗等。

2. 数据分析：对锥形光纤的光学测试数据进行分析，获取其光学特性。

3. 研究锥形光纤在近场光学显微镜中的应用：通过采集样品上的光信号，分析锥形光纤在近场光学显微镜中的应用，包括信号采集、光强增强、拉曼光谱等方面的应用。

4. 总结与展望：综合分析研究结果，总结并展望锥形光纤在近场光学显微镜中的发展前景。

四、预期目标1. 完成对锥形光纤的传输特性及其在近场光学显微镜中的应用的研究；2. 获得锥形光纤的光学特性和在近场光学显微镜中的应用效果；3. 提高近场光学显微镜的性能，推动其在相关领域的研究工作进展；4. 发表相关学术论文或专著。

光纤技术的研究09

第三章锥形光纤的特性分析锥形光纤是一种应用广泛的不规则光纤，但不规则光纤光波传输特性的理论研究还不成熟，本章通过对国内外各种锥形光纤技术的调研和比较,总结了锥形光纤的传输、耦合、偏振等特性。

§3.1锥形光纤的结构常见的锥形光纤的加工方法有化学腐蚀法、研磨法和熔拉法，其中熔拉法是最为广泛采用的方法[1-4]。

本文所指的锥形光纤就是用熔拉法制作的。

熔拉法制作的光纤锥的特点是光纤的包层和纤芯的直径沿光纤轴向均逐渐变细，一般可认为在整个锥区，包层和纤芯的直径之比保持恒定，锥形光纤的视频显微镜图像如图1所示，其相应的几何结构剖面图如图2所示。

其中l是光锥长度，α是光锥锥度，a是光纤锥的粗端半径，b是尖端半径。

通过简单计算可得锥形光纤几何参数之间的关系：=arctan a b lα−(3.1.1)可见其他参数已经设定的情况下，尖端直径越大，α越大；光纤的锥形过渡区越短，即l值越小相对的锥角α就越大，锥形变化也就越尖锐。

图3-1 锥形光纤的视频显微镜图像图3-2 锥形光纤的几何剖面图34§3.2 锥形光纤光波传输理论圆锥形光纤是指其直径随光纤长度呈线性变化的光纤。

锥形光纤由于具有一系列特殊性能，因而可以制成许多种光纤器件，并且在光纤与光纤、光纤与光源、光纤与光学元件的耦合及医疗领域中有着日益广泛的应用[5]。

严格地说，每根光学纤维两端的直径都不可能完全相等，只是差别大小而已，但是这种直径的差别对光的传播是有影响的，尤其是对于有些特殊应用这种影响是不能不考虑的，因而对直圆柱形光学纤维的直径变化有时就规定了一个范围，不能超越，否则就不能应用。

另一方面，一定锥度的锥形光纤有聚光的能力，光线从大端入射，在小端的出射光亮度会提高。

下面我们讨论光在圆锥形光学纤维中传播的特性。

图3-3表示的是子午光线通过锥形光纤的光路，设ω为锥形光学纤维的锥角[6]。

由图可知，在锥形光学纤维中，光线在纤维芯和涂层界面内壁上的反射角随反射图3-3 子午光线在锥形光纤中的传输光路次数增加而逐渐减小。

锥形光纤传输特性的检测与分析

・简报・锥形光纤传输特性的检测与分析3Ξ薛春荣33,祝生祥,李　锐,肖志刚,王晓霞(同济大学Pohl固体物理研究所,上海200092)摘要:在实验上用剪断法测量锥形光纤的传输效率随锥形光纤圆锥角的变化关系,作出传输效率曲线;根据标量波动方程,运用高斯近似法,从理论上说明光信号在锥形光纤中的传输特性和能量损耗,并用具体数据进行半定量计算。

结果表明,锥形光纤顶端锥体的角度及其变化愈大愈光滑,锥形过渡区越短,传输效率就越高。

关键词:锥形光纤;传输效率;锥度;基模中图分类号:TN253 文献标识码:A 文章编号:100520086(2003)0720772203T est for the T ransforming Property of T apered FiberXU E Chun2rong,ZHU Sheng2xiang,L I Rui,XIAO Zhi2gang,WAN G Xiao2xia(Pohl Institute S olid State Physics,Tongji University,Shanghai200092,China)Abstract:Transmission propertie s of tapered fiber were discussed.The transmission efficiency of the ta2pered fiber was measured.The curve of transmission efficiency versus coning angle is given.By the scalarwave equation and Gaussian approximation,transmission propertie s of tapered fiber are analyzed,the powerlosse s caused by taper angle are also calculated.From the experiments and analyse s,it could be come tothe conclusion that the bigger the taper angle,and the higher the transmission efficiency.K ey w ords:tapered fiber;transmission efficiency;conicity;basic mode1　引　言随着信息技术的发展,光纤在光通信和光探测等领域起着越来越重要的作用,而光纤锥端的光学性质对于光纤的应用至关重要。

光纤锥探针传输特性的研究

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物理与工程
Ｖｏ．２Ｎ．２０１１ｏ２０２
图１给出了分别由化学腐蚀法和熔拉法
和ｃ．模场Ｅ＿Ｅ之间的耦合效率为ｃ则，！和，
一
１厂得到的光纤锥探针示意图．１ａ为腐蚀法图（）＿Ｉ＿ｄ｝／｝ｓＥ（）３Ｖ得到的探针，中包层直径沿方向逐渐减其１代３，可小，而纤芯直径基本不变，只在接近锥的尖端将式（）人式（）在归～化条件下，得到计算耦合效率的一个简单表示式为时．径才逐渐变小，芯称这种光纤探针锥为腐刀一２２（十）／（）４蚀锥．１ｂ为熔拉法得到的探针．时包层图（）这和纤芯的直径沿纤轴方向均逐渐变细，般一在腐蚀锥中包层直径沿向逐渐减小，不过除了锥尖附近以外，认为光纤锥中的可可认为在整个锥区，层和纤芯的直径之比包因保持恒定，这种光纤探针锥为熔拉锥．称由此模式在传输过程中不受影响，此此时包层的直径仍远大于芯径．锥中的包层直径沿当可见．蚀锥探针和熔拉锥探针在波导结构腐由上是不一样的．因而会呈现出不同的光学传向减小到小于芯径的两倍以后，于包层中

利用锥形光纤测量环芯微腔基本参数的实验研究【毕业作品】

BI YE SHE JI（20 届）利用锥形光纤测量环芯微腔基本参数的实验研究利用锥形光纤测量环芯微腔基本参数的实验研究摘要强耦合腔量子电动力学系统已经成为研究量子物理基本问题的有力工具，并有望成为实现量子信息过程的重要手段。

而基于半导体微纳加工工艺的环芯微腔在向小型化、集成化发展方面具有广阔的应用前景。

作为核心器件，环芯微腔的品质对于腔量子电动力学系统尤为关键，故其基本参数的测量成为系统搭建的基础和重要工作。

本论文对环芯微腔的基本参数进行了测量。

论文主要的研究内容如下：1)拉制锥形光纤；2)锥形光纤与环芯微腔的临界耦合；3)通过环芯微腔的透射曲线测量得到其自由光谱区、线宽、精细度及品质因子等参数。

环芯微腔基本参数的测量为下一步强耦合腔量子电动力学系统奠定坚实的基础。

关键词锥形光纤，环芯微腔，耦合，透射曲线，品质因子Parameters measurement of microtoroidal resonators based on taperedfiberAbstract Cavity quantum electrodynamics (CQED) in the strong coupling regime has been a powerful tool to research the fundamental problems of quantum physics and is expected to be an important method to realize quantum information procedure. Meanwhile microtoroidal resonators based on micro/nano fabrication technology have a wide applicate prospect in miniaturization and integration.As the core device of CQED system, quality factor of microtoroidal resonators is especially important to CQED system,which means measurement of fundamental parameters is a basic work in system building. In this thesis, we will show measuring the fundamental parameters of microtoroidal resonators.There are three steps including in research process: 1) fabrication of the tapered fiber; 2) critical coupling between tapered fiber and microtoroidal resonators; 3)Measuerement of fundamental parameters such as free spectra range, linewidth, finesse and Q-factor by measuring the transmission spectra of the microtoroidal resonators.This experiment will lay a strong foundation for strong-coupling cavity quantum electrodynamics system.Key words tapered fiber, micro toroidal resonators, coupling, transmission spectra, Q factor1 引言1.1腔量子电动力学腔量子电动力学（Cavity Quantum Electrodynamics，简称CQED）主要研究在受限空间中电磁场与物质之间相互作用的动力学过程[1]。

光纤拉锥参数优化及实验研究

光纤拉锥参数优化及实验研究1.前言随着通信技术的发展，光纤通信已经成为信息传输的主要手段之一。

在光纤通信中，光纤的品质对传输质量和距离起着至关重要的作用。

光纤拉锥作为制备高品质光纤的重要工艺之一，其参数的优化对于提高光纤品质具有至关重要的作用。

本文将介绍光纤拉锥的参数优化及实验研究结果。

2.光纤拉锥过程光纤拉锥是将一端直径较大的光纤通过热拉伸、力拉伸等方法逐渐变细，达到较小直径的工艺过程。

该过程可以实现减小光纤传输损耗、降低衰减、提高吸收性等目的。

在具体操作中，光纤拉锥的参数包括拉伸速度、拉伸温度、拉伸距离、纤芯直径和光纤要求等多个因素。

3.光纤拉锥参数优化在光纤拉锥过程中，各种参数的优化对光纤品质的影响是不同的，因此需要在实验中逐一测试各项参数。

在进行光纤拉锥参数优化前，需要明确优化目的，例如提高光纤性能、降低生产成本、提高工艺效率等。

以下是几个常见的光纤拉锥参数的优化方法。

3.1 拉伸速度拉伸速度是光纤拉锥过程中一个重要的参数。

较快的拉伸速度会导致光纤表面不光滑、纤芯直径不均等问题；而较慢的拉伸速度则会增加生产时间和成本。

一般而言，中等速度的拉伸速度是较为理想的。

在实验中，可以逐一测试不同的拉伸速度，找到最合适的拉伸速度。

3.2 拉伸温度拉伸温度也是光纤拉锥过程中一个重要的参数之一。

温度过高会导致光纤失真，产生光损失、射线损失等问题；温度过低则会影响光纤拉伸质量。

在实验中，需要逐一调整拉伸温度，找到最合适的拉伸温度。

3.3 拉伸距离拉伸距离是光纤拉锥过程中另一个重要的参数。

较长的拉伸距离会导致光纤表面不光滑，光损失增加；较短的拉伸距离则会影响光纤的拉伸质量。

在实验中，需要逐一测试不同的拉伸距离，找到最合适的拉伸距离。

4.实验研究为了验证光纤拉锥参数优化的效果，我们进行了一系列实验研究。

在实验中，我们选取了一种常见的光纤材料（PYROFLEX PVI-70光纤），并逐一测试了拉伸速度、拉伸温度和拉伸距离等参数。

拉锥光纤的特性和应用研究

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国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
ABSTRACT
As an important post-processing technique of optical fibers, tapering of optical fibers can change the shape and optical characters of fibers and make kinds of fiber devices which are very useful to expand application field of fibers. As a kind of brand-new optical fiber, photonic crystal fiber(PCF) possesses many unique characters that can not find in conventional fibers because of it's flexible structure. The idea of tapering photonic crystal fiber puts this kind of fiber in a larger application platform and enriches fiber tapering theories. In this thesis, we study on tapering of conventional fibers and PCFs and air hole collapsing of PCFs in theoretical and experimental. Also some applications, such as supercontinuum(SC) generation and low loss splicing, are explored using these tapering fibers. 1 Processes and shapes of tapering conventional fibers are studied on. Varying of mode-field diameter(MFD) and controlling of group-velocity dispersion(GVD) are both simulated by numerical methods. Meanwhile, necessary conditions of low loss tapering are studied in three aspects: environments of tapering, controlling of parameters, and shapes of tapering fibers. In experimental, we get low loss tapering optical fibers with different outer diameters using a fusing tapering rig. Fiber microwires and nanowires are also simulated and analyzed. 2. SC generation in tapering conventional optical fibers is reported. By varying the wavelength of femtosecond pumping laser and diameters of tapering fibers, we study on the relationship of SC with these parameters. 3. Tapering and air hole collapsing techniques of photonic crystal fibers are proposed in theoretical. Using “fast and cold” method, we taper PCFs while keeping d/Λ unchanged and collapse air holes using “slow and holt” method while keeping outer diameters unchanged. 4. SC is generated in tapered PCFs. We taper a PCF to adjust its dispersion curve, and then pump this tapered PCF at anomalous dispersion regime with dual-wavelength generated by four-wave mixing effect. SC with more than 600~1700 nm spectrum broad (at 20 dB level) is generated in 1m length PCF. 5. Low loss splicing of small core PCFs and conventional fibers is achieved by removing their mismatch of MFDs with hole collapse method of PCFs. For slight MFD

锥形光纤的结构与特性

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第３７卷第９期
２００７年９月
激光与红外
ＬＡＳＥＲ＆ＩＮＦＲ９Ｓｐｅｅ，０７ｅｔｍｂｒ２０
文章编号：０１０８２０）９０８－３１０－７（０７０－８２０５
ＡｂｔａｔＢｔｒｎｍｉｉｎｌｓｄｃｕｌｇｅｆｉｎｙｏｐｒｄｆｅｓｆｅｄｓｕｓｄｉｈｓｐｐｒｓｒｃ：ｏｈｔｓｓｏｏｓａｏｐｉｆｃｅｃｆａｅｅｂｒｒｉｃｓｅｎｔｉａ．Ｗｉ１ｈｅ・ａｓｎｎｉｔｉｉｅｔｅｇｏｌｔｍｅｒａｐｉｓｍｅｈｄ，ｔｅｆｃｓｅｐａｎｄｔａａｓｓｉｎｌｓｆｐｒｄｆｅｓｌｗｅａａｆｙｉｄｃ — ｔｃｌｔｔｏｉｏｃｈｔｘｌｉｅｔｒｍｉｓｏｓｏｅｅｂｒｏｒｎｔｔｌｒａｆａｉｈｔｎｏａｔｉｉｈｔｈｏｃｎｉｌｉ
状的锥形光纤所具有的性能差异，为优化锥形光纤
的几何形状、更有效地加工出符合性能要求的锥形
可见其他参数已经设定的情况下，尖端直径越大，Ｏｔ越大；光纤的锥形过渡区越短，ｚ即值越小相对的锥角就越大，锥形变化也就越尖锐。
ｅｅｆｅ．Ｔｅｅｅｔｆｅｔｅｐｓｉｎｂｔｅｇｕｃｎｐｒｆｅｏｏｐｉｆｉｃｐｅ－ｐｒｂｒｈｆｃｏｒａｖｏｉｏｅｅｎｌｔｏｒｅａｄｔｅｅｂｒｎｃｕｌｇｅｃｎｙｏｔｒｄｆｄｉｓｌｉｔｗｉｓｈａｄｉｎｆｅｉｆｅａｉ

x字型光纤拉锥参数优化及实验研究

x字型光纤拉锥参数优化及实验研究引言光纤作为信息传输的重要载体，一直受到广泛关注。

其中，x字型光纤因其优良的性能，被越来越多的领域所应用，例如石油勘探、激光器、生物医学等行业。

本文将介绍x字型光纤拉锥参数优化及实验研究。

一、x字型光纤的优势x字型光纤相比传统光纤，具有以下几点优势：1. 低损耗：x字型光纤的损耗比传统光纤要低，可以用于长距离传输。

2. 稳定性好：x字型光纤中的电磁波可以在两条不同的芯线中传输，因而其稳定性比传统光纤要好。

3. 容错能力强：在x字型光纤中，如果某些芯线出现问题，由于其设计结构的独特性，其不会影响到其他芯线的工作。

二、x字型光纤拉锥参数的优化x字型光纤的性能很大程度上取决于其拉锥参数的优化。

表面粗糙度、切口的角度和倾斜角度等参数都对x字型光纤的传输性能有影响。

在实际研究中，一般采用仿真软件对x字型光纤的优化参数进行预测，通过该预测结果来指导实验的参数设置。

同时，实际的实验数据也需要不断地进行反馈，不断地逐步调整和优化x字型光纤的拉锥参数，进一步提高其传输性能。

三、x字型光纤实验研究对x字型光纤进行实验研究时，需要考虑到实验的条件以及实验中可能出现的误差因素，以保证实验数据的准确性。

在实验过程中，可利用激光器、光谱仪、光源等仪器进行测试，通过对不同波长的光源传输的测试，进一步研究x字型光纤的性能。

例如，可以测试x字型光纤的损耗、带宽等参数，通过对实验结果的分析，进一步优化x字型光纤的优化参数，提升其传输性能。

结论综上所述，x字型光纤作为新型光纤传输技术，具有众多的优势和应用前景。

优化其拉锥参数以及进行实验研究，能够进一步探究其传输性能，研究其应用领域。

相信在不断的实验和优化中，x字型光纤的性能将不断提升，应用前景也将得到更广阔的拓展。