D型光纤的特性分析

(b)
中心波长漂移量与d的关系
图7 n3从1.33到1.4，中心波长漂移量与d的关系。
中心波长漂移量与外环境折射率n3的关系
图8
中心波长随外环境折射率n3的变化。
中心波长漂移量与外环境折射率n3的关系
图9
中心波长漂移量随外环境折射率n3的变化。
D型光纤的双折射效应
波导双折射是由于波导结构的非圆对称性，使 两个偏振方向（x和 y）激励时模式的传播常数不相 等（βx ≠ βy）所引起。
b = neff
归一化双折射率:
2p l
D型光纤的双折射效应
图10 归一化双折射率随d的变化（n3=1.33）.
D型光纤的双折射效应
图11 归一化双折射率随外环境折射率n3的变化(d=0)。
D型光纤的双折射效应
图12 归一化双折射率随传输波长的变化（n3=1.33，d=0）.
结论

Hale Waihona Puke Baidu


d越小（腐蚀越厉害），中心波长漂移越厉害。 外环境折射率越大，中心波长漂移随外环境折射率 的变化率越明显。 d越小（腐蚀越厉害），入射波长越长，外界折射 率越小，归一化双折射率越大，双折射现象越明显。 d越小（腐蚀越厉害），D型光纤光栅作为传感器件 响应灵敏度越高，但是同时双折射效应更强。 要从根本上克服或减小 D 型光纤波导双折射效应的 影响，对于光源的偏振稳定性就比较高。
D型光纤传输特性及其 折射率传感特性仿真
何小燕
光波技术研究所
主要内容


D型光纤简介
建立仿真模型
D型光纤模场分析
D型光纤光栅特性分析 D型光纤双折射分析 结论
D形光纤的诞生背景
倏逝场：光纤中的导模在纤芯和包层的分界面上产 生全反射，大部分能量都集中在纤芯中，但是有一 部分能量会渗透到包层和外界环境中去，它是一种 强度沿光纤径向呈指数衰减的电磁波，因此称其为 光纤的倏逝场。 纤芯越接近外界环境，越多的能量就会渗透出去， 外界与光纤的相互作用也就越强。 由于D型光纤结构具有非圆对称性，它的纤芯比常 规单模光纤更接近外界环境，所以外界与光纤的相 互作用比普通单模光纤强。 这使得 D 型光纤可以应 用于能量耦合、 折射率传感、弯曲传感等许多场合。
埋入型
曝露型
突出型
图3 聚合物D形光纤的结构类型
D型光纤制作技术
通过研磨的方法将常规单模光纤的部分包层去除。 优点：不存在与单模光纤熔接损耗问题，并且制作非 常方便，仅需要合适的光纤侧面研磨工具; 缺点：光纤研磨长度通常都比较短，表面平整度、一 致性也较差，制作效率低，一般用于实验室少量制作。 研磨常规单模光纤预制棒的包层，使其横截面成为所设 计的D形，然后拉丝直接制得D形光纤。 优点：能够制得任意长度的D形光纤，而且光纤表面 的平整度、一致性很好; 缺点：与常规单模光纤熔接耦合损耗较大，而且设备 昂贵，一般适合光纤制造企业批量生产。
图4 APSS建立D型光纤模型
D型光纤模场特性
(a)
(b)
图5 LP01Ex的场分布图。(a) d=0; (b) d=4.5um
D型光纤光栅
光栅的Bragg波长为：
λB=2neffΛ
用于测折射率时，波长漂移量：
ΔλB=2ΛΔneff
其中，Λ为光栅周期，neff为光纤有效折射率， Δneff为光纤有效折射率的变化量。

D形光纤结构
图1 D形光纤的横截面示意图。 图2 自制的D形光纤横截面的电镜扫描图， 直径为127um，高度为81.1um
李杰. 新型D型少模光纤Bragg光栅的特性及其在折射率测量中的应用. 2006.
D形光纤结构
Buried D-Fiber. The core is situated a specified distance beneath the flat surface of the fiber Exposed D-Fiber. The flat surface of the fiber cuts across the core, exposing it Raised D-Fber.The fiber’s core sits raised to your specification above the flat side of the fiber

陈哲，沈丽达，江沛凡等.光纤侧边抛磨装置及其工艺方法阳[p].
D型光纤模型
采用加拿大Apollo光子公司 出品的APSS波导分析和设计软 件来进行模拟分析D型光纤，建 立的模型如图4所示，模型采用 半结构设计，纤芯半径4.5um ， 纤芯折射率 1.449222，包层折 射率1.444024 ，工作波长 1550nm，光纤置于折射率设为 1.33的环境中，光纤的外直径 为125 um。
D型光纤光栅
利用APSS仿真得到光纤的有效折射率，再利用FOGS-
BG软件仿真，光栅周期 Λ 取为 535.889 nm （1/2 掩膜
板周期）。我们仿真时选择的固定波长为 1550nm。得到：
中心波长漂移量与d的关系 中心波长漂移量与外环境折射率n3的关系
中心波长漂移量与d的关系
(a) 图6 中心波长与d的关系。