锥形光纤的功率分布特性

从波动理论出发,对锥形光纤的纵向传播常数进行泰勒(Taylor)级数展开,经近似得到了锥形光纤功率分布的解。基于此理论,对锥形光纤的功率分布特性进行了讨论,并分析了锥形光纤的长度、锥度和光纤折射率等参数对锥形光纤不同模式功率分布的影响。为了减小功率泄漏,当光从锥形光纤大端入射时,应当减小锥长,减小锥度,增大纤芯包层折射率差;当光从锥形光纤小端入射时,应当增加锥长,增加锥度,增大纤芯包层折射率差。在长锥长、大锥度情况下,光纤折射率分布的影响相对较小。     

多模锥形光纤耦合与出光特性的研究

从理论和实验两方面研究了多模锥形光纤锥端的特性。用射线理论分析了不同锥角大小条件下锥端光线传输特性,推导出了锥角大小与锥端孔径角及出光发散角的关系。按照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。     

锥形塑料光纤光束准直特性的研究

利用光线追迹法分析和仿真了锥形塑料光纤中的光线传输特性.推导了子午光线和斜光线在锥形塑料光纤中传输的递推公式.证明了在锥形塑料光纤中,如光线从小端入射,随着光线在纤芯-包层界面的反射次数m的增加,光线与光纤中心轴线的夹角θm将逐渐变小.光纤锥角α越大,θm减小越快,但α越大,光纤输出光线发散角也越大.随着反射次数的增加,所需光纤长度也快速增加.分析结果表明,用小锥角锥形塑料光纤作为准直器是比较合适的.     

喇叭形输入、输出端光导纤维的导光特性

本文研究了光通过两端呈喇叭形的光纤的发散角与结构的关系,表明了出射光的发散特性只与出端结构有关,长度较长、锥角较小的端部可获得小的发散角。入端的作用如同一个滤模器,使这种光纤的发散角与入射光的发散角无关。用几何光学解释了这一特性。     

聚合物光纤端面处理与连接损耗的研究

本文用光线追迹法研究了聚合物光纤（POF）端面形状与连接损耗的关系。计算了光纤端面为平面、凸球面和凹球面时由于横向偏移和端面间隙所产生的连接损耗。计算结果表明，当光纤单向工作且端面间隙不大时，出射端为凸球面、接收端为凹球面的连接方式比光纤出射端和接收端都是平面的连接方式的损耗要小。     

光纤型三模式复用解复用器的研究

基于模式耦合理论,研究了一种3个模式的锥形光纤模式复用/解复用器,可以实现1根少模光纤与3根单模光纤之间的模式复用及解复用,有利于提升光纤传输系统的传输容量。当基模光场分别输入3根直径为10、8.4、7.2μm的单模光纤时,会在锥形结构中发生耦合并转换为高阶模式场。利用重叠积分计算该复用器输出端口光场与标准模式场的相似度,检测出输入的基模在输出端分别转换为LP_(01)和两个简并的LP_(11)模式,即实现模式复用。当LP_(01)和两个LP_(11)模式分别输入到少模光纤时,从解复用器输出端相应端口输出的光功率最大,即实现模式解复用。最后改变复用器的结构参数来计算该器件的容差比,计算出该器件实现模式转换以及解复用效果最好的拉锥长度分别为3.88cm和3.8931cm。     

窄脉冲高功率激光光纤耦合技术研究

研究了实心圆锥形光锥和光纤截面的各种曲面的几何成像原理,利用光锥会聚光能的作用降低会聚光功率密度,采用球面光纤头,扩大光纤接收光能的面积.使激光光束垂直于光锥大端入射,40～50%的激光直接射出小端,其余激光在光锥内发生一次全反射射出小端.光纤头球面贴近小端同轴放置,使进入光纤的光线入射角大于光纤的全反射临界角,从而实现窄脉冲高功率激光的光纤耦合. 文中对圆锥形光锥和光纤头球面的参数进行计算.由传输光束的截面和光纤纤芯尺寸选取小端直径,使它略小于光纤纤芯直径,根据光纤数值孔径确定光锥顶角和光纤球面曲率半径. 实验采用固体YAG高重复率电光调Q激光输出,平均功率30 W,光束直径Φ6 mm,光纤纤芯直径Φ0.6 mm,实心圆锥形光锥小端直径Φ0.4 mm,光锥顶角24°,材料折射率1.52,光纤耦合效率75%.(PG10)     

一种新型的塑料光纤连接器

提出了一种新型的倒锥透镜型凸面发射凹面接收的塑料光纤连接器.用光线追迹法分析了凸面发射凹面接收的端面结构与连接损耗的关系.计算结果表明,当光纤单向工作且端面间隙不大时,出射端为凸球面、接收端为凹球面的连接方式比光纤出射端和接收端都是平面的连接方式的损耗要小(<0.3 dB),在一定意义上证明了该塑料光纤连接器的可行性.     

渐变型太赫兹空芯波导的传输特性

研究了渐变型空芯波导(GTHW)在太赫兹波段的传输特性。基于几何光学方法,仿真分析了波导的输出光束质量和传输损耗特性。相比均匀型空芯波导,当光从渐变型空芯波导的大端传输至小端或沿相反方向传输时,渐变型波导具有特殊性能。当光从波导大端传输至小端,渐变型和均匀型波导具有相似的弯曲附加损耗,并且渐变型波导具有更高的耦合效率,便于与多种光源耦合;当光从波导小端传输至大端,渐变型波导的传输损耗和输出光束发散角更小。仿真了波导弯曲率、光源发散角和波导锥度等参数对传输损耗的影响。采用波长532 nm的半导体激光器作为光源,进行了验证实验。测量数据与仿真结果有很好的一致性。     

锥形发散梯度折射率纤维透镜光学特性的限制

本文从光线轨迹方程出发,讨论锥形发散梯度折射率纤维透镜成象的光学特性;导出大端,小端对目标成象的最大孔径和视场的表达式,以及大端孔径视场与小端孔径视场之间的相互关系。     

熔锥光纤的特性研究

从理论和实验两方面研究了熔锥光纤锥区的传输、耦合、偏振和调制特性。用耦合模 理论分析了光纤锥形区的传输和耦合性质,给出了锥形光纤传输和耦合效率与锥形区结构的关系。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。     

球聚焦型3×1光纤熔锥耦合器的研究

以线性耦合波方程为基础,采用散射矩阵的方法讨论了等三角分布的熔锥型3×1光纤耦合器,并用射线理论分析了球聚焦透镜光纤的端面效应。将未封装的3×3熔锥光纤耦合器在束腰处切断,并将锥端面熔成聚焦球端,利用光信号在光纤锥形区和球聚焦透镜中特有的传输和耦合特性,实现了光纤的耦合、连接和分束。结果表明:采用该方法耦合效率可达70%左右。同时大大增加了耦合系统的失调容差,降低了调试和封装的难度,因而有着广泛的实际应用价值。     

激光在锥形多模光纤中的耦合效率与传输模式

基于光线追迹的方法建立了典型锥形多模光纤的传输模型,结合激光干扰设备激光的特点,模拟计算了激光在锥形多模光纤中的耦合效率和传输模式,并设计进行了光学实验。仿真和实验结果表明:高斯激光光斑经锥形多模光纤传输后为圆环形光斑;耦合效率随激光入射角的增大而减小,减小的速率随入射角的增大而减小。为解决圆环形光斑分布,提出了将输出端连接的圆柱形光纤弯曲一定角度的方法,该方法可以将光斑改善为二维正态分布的光斑,理论耦合效率近80%。该研究为激光干扰设备的干扰激光直接介入激光制导武器对抗半实物仿真系统提供了理论和实验支持。     

锥形光纤的结构与特性

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.     

组合锥型光纤SERS探针的理论设计与优化

对组合锥型光纤表面增强拉曼（SERS）探针的结构参数进行了设计与优化。通过建立描述消逝波激发组合锥光纤探针表面纳米颗粒的激发光衰减系数模型,结合激发光经渐变锥段的全反射传输、探针平直段与激发光纤间的模式匹配原理,给出了组合锥型光纤SERS探针的结构参数设计与优化方法。利用该设计与优化方法,在给定的光纤和纳米颗粒结构以及周围环境和激发光功率下,进行了光纤SERS探针结构参数的模拟设计。     

斜端面光纤不同倾斜角度下出射光的研究

斜端面光纤的一端为平端面,另一端为斜端面,光从平端面输入,若斜端面的倾斜角度大于某一数值,光线将不再从斜端面出射,而是会经斜端面反射后从光纤表面出射,但此时的出射光斑严重变形,为此提出了在光纤斜端面部分套上一个空心玻璃管的结构。用LightTools的光线追迹功能进行仿真分析,仿真结果表明,当斜端面的倾斜角度在48°~54°的范围内时,光纤的传输效率均能超过75%,并且具有较为理想的出射光斑分布。最后,研制出了倾斜角为45°和53°的斜端面光纤,并分别在裸斜端面光纤和带有空心玻璃管的斜端面光纤下对传输效率和出射光斑分布进行了实验验证。     

高功率大芯径光纤锥的特性研究

对高功率脉冲激光系统中光纤锥的结构、透过率及损伤阈值特性进行了理论研究和实验分析。研究结果表明：光纤锥的几何结构、数值孔径、熔接损耗等都会影响其透过率,通过合理设计光纤锥的几何尺寸,合理选择光纤数值孔径,有效降低熔接损耗,改进拉锥工艺等措施,可以提高光纤锥的透过率;光纤端面的杂质缺陷是造成光纤抗激光损伤能力下降的重要原因,通过改善光纤端面质量,可较大程度地提高光纤锥传输激光的能量。     

光纤型光可变衰减器的探索

通过熔融拉锥工艺制备熔锥光纤,将两熔锥光纤以一定的方式装配在二维精密微调架 上,制备光纤型光可变衰减器。利用光信号在光纤锥形区特有的传输和耦合特性,实现了光纤间的耦合,耦合效率决定了光能量的衰减程度,从而决定了光纤型光可变衰减器的性能。用耦合模理论分析了锥形光纤间的传输和耦合性质,并从实验上给出了两锥形光纤间的耦合与两锥形光纤间的距离的关系,为制备光纤型光可变衰减器提供了理论和实验依据。