非通视方位传递系统中保偏光纤分析

根据非通视方位传递系统对保偏光纤双折射的设计要求,重点分析了不同类型保偏光纤参数对双折射的影响。首先,从光纤应力应变、变分原理和应力光弹效应出发,推导建立保偏光纤应力光学耦合关系;然后,借助有限元分析软件研究了不同因素对保偏光纤双折射值的影响,并对两种保偏光纤（熊猫型保偏光纤和领结型保偏光纤）进行了对比分析。结果表明:在纤芯中心附近,减小纤芯与应力区的距离、增大应力区半径大小、固定纤芯尺寸时增大包层半径、提高保偏光纤参考温度等措施都能明显提高双折射值。同等条件下领结型保偏光纤产生的双折射值更大。研究成果能够为非通视方位传递系统中保偏光纤的设计选型提供一定的参考。     

“一”字型保偏光纤热应力致双折射分析

采用实验观测与理论模拟相结合的方法对“一”字型保偏光纤进行了研究。对保偏光纤的应力区与芯区的形状进行了观测,获得了它们的实际几何形状。在此基础上运用有限元方法分析了“一”字型保偏光纤内的热应力分布,解释了光纤芯区形变的原因,得到了由于热应力引起的光纤横截面的双折射的分布,并与相同应力区厚度的熊猫型保偏光纤进行了对比。实验结果表明,“一”字型保偏光纤采用熊猫型保偏光纤1/5的应力区面积便能获得较高的应力双折射。同时,通过研究径向压应力与温度变化对“一”字型保偏光纤应力双折射的影响,得到了光纤能稳定工作的压应力与温度环境。     

领结型和椭圆型保偏光纤的应力和模式分析

应用有限元方法对领结型和椭圆型保偏光纤的热应力双折射特性和模式双折射进行了分析,给出了这两种保偏光纤的应力和双折射分布规律.对领结型保偏光纤,研究了纤芯的双折射和模式双折射随着应力区离纤芯距离的变化规律;对椭圆型保偏光纤,研究了纤芯的应力双折射和模式双折射随包层椭圆度的变化规律;分析了光纤应力区结构对纤芯双折射大小和均匀性的影响,并将应力诱导双折射与模式理论计算结果进行了比较.     

"1"字型保偏光纤的结构设计及其制备

保偏光纤是利用高双折射光纤的特性,使两个偏振模在传输过程中不易耦合,维持偏振态的稳定.目前一般通过应力致偏的方法使光纤纤芯内产生高的双折射,这种高双折射主要是由于光纤内不同材料的线膨胀系数差产生的内应力而形成,其机理满足应力-光弹效应,因而对应力致偏型高双折射保偏光纤的结构设计提出较高的要求.对新型"1"字型细径保偏光纤的结构设计及工艺制备方法进行了详细阐述.     

类矩形保偏光纤应力双折射分析

采用有限元方法对“类矩形”保偏光纤的应力双折射进行了分析,给出了保偏光纤横截面上的应力分布图形及应力双折射分布曲线;应用全矢量电磁场有限元方法,计算了保偏光纤的两个偏振模场的分布、传输常数及模式双折射.在给定模拟条件下,纤芯的应力双折射约为 3. 33×10-4,其模式双折射约为 3. 72×10-4.计算结果表明,这种“类矩形”保偏光纤与其它保偏光纤相比,有几个明显的优点,即有更佳的应力传递效果、均匀的应力场分布、更大的应力双折射.     

应力光纤双折射的应力微元分析方法

提出了一种计算任意形状应力区的光纤在纤芯处的应力场分布和双折射大小的应力微元积分计算方法。采用COMSOL Multiphysics软件中的固体力学模块,研究了矩形、方形、三角形、圆等不同形状微元应力区光纤在纤芯处应力场和双折射的大小。结果表明,应力微元面积相同时,其在纤芯处引起的应力大小及其双折射与应力微元的形状、放置方向无关,只与应力微元到纤芯的距离有关。当应力微元与纤芯距离较近时,应力大小和双折射与距离近似呈平方反比关系。该结果验证了应力微元分析方法的正确性和可行性。因此对应力微元进行积分,即可得到任意形状应力区光纤在纤芯处的应力场分布与双折射。     

熊猫光纤制作的新方法和应力双折射的研究

提出了一种制作偏振保持光纤(PMF)的预制棒侧向开槽法,制作了波长1550 nm处双折射为7.75×10-5的边孔光纤和双折射为5.345×10-4的单模熊猫光纤.用有限元法分析熊猫光纤应力分布表明,掺B应力施加区(SAP)的引入使得光纤横截面上出现了应力分量的拉应力区和压应力区;在纤芯以及其附近区域应力的x分量取正值,y分量取负值,造成了大应力差;SAP距离纤芯越近,双折射越大,距离一定时,对纤芯中心张角为90°时双折射最大.     

应力双折射光纤的积分计算方法与优化设计

研究了任意形状应力区的光纤在纤芯中心处的应力场分布和双折射大小计算方法,并对领结光纤进行了优化设计。采用COMSOL Multiphysics软件中的固体力学模块,研究了相同应力区面积、不同形状的应力型光纤在纤芯中心处的应力场大小。结果表明,软件仿真值与运用微元应力积分公式计算得到的结果一致。因此对于任意形状应力区光纤在纤芯中心处的应力场分布与双折射可以直接运用解析公式求解。通过对相同应力区面积的不同类型光纤的应力微元分析,发现领结光纤在纤芯处的双折射并非最大,这与惯常认为的领结光纤双折射最大的结论相反。由此,对领结光纤重新进行了优化设计,得到了具有更大双折射的"月牙形"光纤。     

抗辐照偏振保持光纤的研制

太空中γ射线的强度非常高,光纤陀螺中的光纤在如此强的辐照条件下损耗急剧增加,将造成其停止工作.设计了纯石英纤芯的熊猫型偏振保持光纤,采用MCVD工艺制备具有掺F包层的单模棒和应力棒,用打孔镶嵌技术研制出可以应用于航天光纤陀螺系统的保偏光纤.     

保偏光纤光栅高温及应力传感特性研究

基于光纤光栅理论,制作了一种熊猫型保偏光纤光栅,并用实验验证了其温度和轴向应力响应特性,根据实验结果对比分析了温度逐渐升高和轴向应力逐渐增大时功率的变化情况。结果表明,熊猫型保偏光纤光栅在100~550℃高温范围内具有稳定的波长响应特性,其双峰的波长灵敏度分别为14.3pm/℃和14.4pm/℃,线性拟合度均高达99.9%;在0~2.4N范围内,双峰的轴向应力响应灵敏度分别高达1.477nm/N和1.490nm,线性灵敏度均高达99.9%;随着温度和轴向应力的增大,反射光谱对功率变化情况的响应也不相同。该保偏光纤光栅结构简单,所测温度范围较广,且轴向应力敏感系数较大,具有广泛的应用前景。