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耦合模理论对光纤光栅的分析_王健刚

光纤光栅的特性 1．光纤布喇格光栅的理论模型：假设光纤为理想的纤芯掺锗阶跃型光纤，并且折射率沿轴向均匀分布，包层为纯石英，此种光纤在紫外光的照射下，纤芯的折射率会发生永久性变化，对包层的折射率没有影响。利用目前的光纤光栅制作技术：如全息相干法，分波面相干法及相位模板复制法等。生产的光纤光栅大多数为均匀周期正弦型光栅。纤芯中的折射率分布（如图1）所示。 )(1Z n 为纤芯的折射率，max n ?为光致折射率微扰的最大值， )0(1n 为纤芯原折射率， Λ为折射率变化的周期（即栅距）， L 为光栅的区长度。若忽略光栅横截面上折射率分布的不均匀性，光栅区的折射率分布可表示为： )2cos( )0()(max 11Z n n z n Λ ?+=π …………………………………………………（1.1）显而易见，其折射率沿纵向分布，属于非正规光波导中的迅变光波导，在考虑模式耦合的时候，只能使用矢量模耦合方程，其耦合主要发生在基模的正向传输导模与反向传输导模之间。 2．单模光纤的耦合方程由于纤芯折射率非均匀分布,引起了纤芯中传输的本征模式间发生耦合。在弱导时, 忽略偏振效应,吸收损耗和折射率非均匀分布引起了模式泄漏,则非均匀波导中的场Φ( x , y , z ) 满足标量波动方程:0),,(}),,({22 2 20 2=Φ??++?z y x z z y x n sk t …………………（2.1）其中：λπ/20=k ，λ是自由空间的光波长。 2 22 2 1}{1? ??+?Φ???=Φ?Φ r r r r r t …………………………………………………(2.2) 由于折射率非均匀分布引起波导中模式耦合只发生在纤芯中,因此非均匀波导中的场可以表示为均匀波导束缚模式),(y x φ之和: ),()}exp()exp()({),()(),,(y x z i a z i z a y x z A z y x l l l l l l l l l φββφ-+-∑=∑=Φ………(2.3)

光纤耦合器光纤耦合器的概述 ?·光纤耦合器的简介 ?·光纤耦合器的分类 ?·光纤耦合器的制作方式 ?·光纤耦合器端口的级联光纤耦合器的应用 ?·2×2单模光纤耦合器的改进... ?·光纤耦合器中光孤子传输的... ?·可调光子晶体光纤耦合器的制作光纤耦合器的简介光纤耦合器是指光讯号通过光纤中分至多条光纤中的元件,属于一种光被动元件,一般在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路各个领域都会应用到,与光纤连接器在被动元件中起重大作用,也叫分歧器. 光纤耦合器的分类光纤耦合器一般分为三类: 标准耦合器:双分支,单位1X2,就是将光讯号未成两个功率星状/树状耦合器波长多工器:也称作WDM,一般波长属于高密度分出,即波长间距窄,就是WDM 光纤耦合器的制作方式光纤耦合器制作方式有烧结(FUSE)、微光学式(MICRO Optics)、光波导式(Wave Guide) 三种.这里介绍下烧结方式,烧结方式占了多数(约有90%),主要的方法是将两条光纤并在一起烧融拉伸,使核芯聚合一起,以达光耦合作用,而其中最重要的生产设备就是融烧机,也是最为重要的步骤,虽然重要步骤部分可由机器代工,但烧结之后,必须人工封装,所以人工成本在10%-15%左右,其次采用人工检测封装必须保证品质一致性,这也是量产时所必须克服的,但技术困难度不若DWDM MODULE及光主动元件高,因此初期想进入光纤产业的厂商,大部分会从光耦合器切入,毛利则在20～30% 光纤耦合器端口的级联光纤耦合器端口的级联由于光纤端口的价格仍然非常昂贵,所以,光纤主要被用于核心交换机和骨干交换机之间连接,或被用于骨干交换机之间的级联.需要注意的是,光纤端口均没有堆叠的能力,只能被用于级联. 1. 光纤跳线的交叉连接

ZEMAX Users' Knowledge Base - https://www.wendangku.net/doc/e417946495.html,/kb How to Model Coupling Into a Multi-Mode Fiber https://www.wendangku.net/doc/e417946495.html,/kb/articles/141/1/How-to-Model-Coupling-Into-a-Multi-Mode-Fiber/Page1.html By Nam-Hyong Kim Published on 30 January 2007 This article demonstrates the use of the Geometrical Image Analysis feature to compute multi mode fiber coupling efficiency. The sample files can be downloaded from the last page of this article. Using Geometrical Image Analysis to Compute Multi-Mode Fiber Coupling Efficiency Coupling efficiency into multi-mode fiber can be calculated using the geometric image analysis feature. In order to use geometrical rays to model multi-mode fiber coupling, the fiber core diameter has to be at least 10 times larger than the wavelength, such that many transverse modes can be supported. If the fiber is multi-mode in the sense that two or three modes are supported, physical optics must be used. In this article, 'multi-mode' is taken to mean that there are so many modes supported that the fiber can be treated as a light-pipe. The geometric image analysis can generate the irradiance at any surface, from an extended source with specific size and shape at the object surface. In addition, it can filter out rays that have larger incident angle than a definable threshold, at the evaluating surface. Using the attached sample file, we will demonstrate how to use the geometric image analysis feature to calculate multi-mode fiber coupling efficiency. Open the included sample file from the last page of this article. This file models coupling to a multi mode fiber with 0.1mm core radius and NA of 0.2. For now, we will ignore the Fresnel (reflection) losses from air-glass interfaces, including the fiber.

本技术提供了一种光纤配线架，包括：母板(2)、ARM主机(4)、远端服务和光纤耦合器(1)；所述光纤耦合器(1)插入所述母板(2)中；所述母板(2)与所述ARM主机(4)连接；所述ARM主机(4)与所述远端服务连接；所述光纤耦合器(1)与光纤连接，用于获取光纤的散射红外光，并将获取的红外光波转换为微电流或微电压数据；所述ARM主机(4)用于，将电流/电压信号转变为可传输于IP网络的数据并通过IP网络将数据传输到远端服务。本技术提供的技术方案通过红外传感器获取散射红外光实现全天候监测光纤的通信状态。技术要求 1.一种光纤耦合器，其特征在于，包括：耦合部(13)和一端设有红外传感器(11)的电路板(12)；所述耦合部(13)一端与电路板(12)具有红外传感器(11)的一端固定，所述耦合部(13)的另一端与光纤连接；所述电路板(12)的另一端插入可与光纤耦合器(1)连接的外部设备；所述红外传感器(11)用于获取与所述耦合部连接的光纤在通信中发出的散射红外光波，并将红外光波转换为微电流或微电压数据。 2.如权利要求1所述的光纤耦合器，其特征在于，所述耦合部正中位置设置有凹槽；所述红外传感器(11)固定于所述耦合部的凹槽处。 3.如权利要求1所述的光纤耦合器，其特征在于，所述光纤为单模/多模；

优选的，所述光纤耦合器(1)设置于光纤配线架壳体(5)上；优选的，还包括，外壳；所述外壳包裹所述耦合部。 4.一种光纤配线架，其特征在于，包括：母板(2)、ARM主机(4)、远端服务和如权利要求1-3任一项所述的光纤耦合器(1)；所述光纤耦合器(1)插入所述母板(2)中；所述母板(2)与所述ARM主机(4)连接；所述ARM 主机(4)与所述远端服务连接；所述光纤耦合器(1)与光纤连接，用于，获取光纤的散射红外光，并将获取的红外光波转换为微电流或微电压数据；所述ARM主机(4)用于，将电流/电压信号转变为可传输于IP网络的数据并通过IP网络将数据传输到远端服务。 5.如权利要求4所述的光纤配线架，其特征在于，所述光纤线路监测装置还包括排线(3)；所述母板(2)包括耦合器电路板插槽(21)和电路板排线插槽(22)；所述ARM主机包括ARM主机排线插槽(41)；所述电路板排线插槽(22)和ARM主机排线插槽(41)通过所述排线(3)连接；优选的，所述光纤耦合器(1)、所述耦合器电路板插槽(21)和排线插槽(22)的个数大于等于1；优选的，所述光纤耦合器具有编号和位置信息；所述光纤耦合器的编号与接入所述光纤耦合器的光纤的编号一致；所述耦合器的位置信息与接入所述光纤耦合器的光纤的位置一致。 6.如权利要求5所述的光纤配线架，其特征在于，所述ARM主机(4)还包括：管理主机(42)；

第1章光纤光栅光学性质的研究光纤光栅是一种全光纤的滤波器件，它的光学性质决定了它的广泛应用。研究光纤光栅光学性质的基本理论是耦合波理论。基于耦合波理论的传输矩阵法是一种快速数值模拟非均匀光纤光栅光学特性的方法。在本章，系统地总结了应用耦合波理论研究光纤光栅的光学性质的方法。光栅反射带宽是其作为滤波器的主要性能指标，本章研究了光栅参数对光栅反射带宽的影响。其它主要研究包括寻找传输矩阵法中分割段数的最优值，各种参数对线性啁啾光纤光栅光学性质的影响，包括反射谱和时延特性受光栅长度、光纤折射率微扰幅度、啁啾系数和光波从不同方向入射时的影响，以及各种切趾函数对光纤光栅的作用。第一节研究光纤光栅的基本理论：耦合波理论 1 光纤光栅中的折射率分布光纤光栅中的折射率微扰是由制作时所用紫外光的场分布决定的。一般全息曝光和相位图2.1-1几中典型光纤光栅的折射率微扰分布 a uniform grating b chirped grating c Gauss grating d phas e shift grating e Moire grating f super structure grating

掩模板法制作光纤光栅时的场分布具有余弦函数的形式，所以光栅的折射率微扰也具有余弦函数形式，一般可以写为： ??? ? ????????φ+Λπν+δ=δ)z (z 2cos )z (1)z (n )z (n eff eff (2.1-1) )z (n eff δ是折射率微扰的平均值，可以看成一个光栅周期内折射率变化的直流部分，ν 是光栅条纹的可见度，Λ是光栅的周期，φ(z)可以用来描述光栅的啁啾。光纤光栅的光学性质就决定于上式中各个参数的选择，我们将它们统称为光栅参数。光纤光栅的光学性质就由这些光栅参数决定，通过选择它们沿光纤方向不同的变化形式，可以得到适用于不同目的的光栅。图2.1-1是几中常见的光纤光栅的折射率微扰的分布示意图： 1. 均匀光纤光栅：各个光栅参数沿光纤方向是常量，这种光栅可以得到解析的理论分析结果，是耦合波理论分析光纤光栅光学性质的出发点。 2. 线性啁啾光纤光栅：光栅周期Λ沿光纤方向是线性变化的量，应用于色散补偿等方面。 3. 折射率微扰平均值沿光纤方向是一个高斯型分布：实际制作的光纤光栅很多都属于这种类型。 4. 相移光栅：在光栅周期性结构中存在一个相位移动，一般是π。可以应用于透射型滤波器。 5. MOIRE 光栅：折射率微扰幅度的轮廓是一个余弦函数，而平均值是一个常数。 6. 超结构光栅：由间隔一定的微均匀光纤光栅（几百个周期结构）组成。 2 耦合波理论研究电磁场在光纤光栅这样的周期性波导中传播的基本理论是耦合波理论[1]。假设电磁场横向分量在光纤中的传播可以看成没有折射率微扰时标准光纤的模式的叠加： ()()()()()[] ()y x e z i z B z i z A z y x E j tj j j j j t ,exp exp ,,∑?-+= ββ (2.1-2) 式中A j (z)和B j (z)分别是第j 个模分别沿＋z 和－z 方向传播时缓变的幅度函数。()y ,x e tj 是第j 个模的横向分量的场分布，可以是束缚模、包层模和辐射模。在理想的、没有折射率微扰的光纤中，这些模相互正交没有能量交换。在紫外光的照射下，光纤芯部的折射率发生改变。这种变化很小，一般为10－4，是一种微扰。折射率微扰的引入使得模式之间发生能量交换，即发生模式耦合。一个模式沿光纤方向幅度的变化是所有模式相互作用的结果[2]： ∑∑∑∑β-β-K +K -β+βK -K -=β+β-K -K +β-βK +K =k k j k z k j t k j k j k z k j t k j k j k k j k z k j t k j k j k z k j t k j k j ] z )(i exp[)(B i ]z )(i exp[)(A i dz )z (dB ] z )(i exp[)(B i ]z )(i exp[)(A i dz )z (dA (2.1-3) 式中t k j K 是横向耦合因子，可以表示为：

光纤耦合器光纤耦合器（Coupler）又称分歧器（Splitter），是将光讯号从一条光纤中分至多条光纤中的元件，属于光被动元件领域，在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路中都会应用到，与光纤连接器分列被动元件中使用最大项的（根据ElectroniCat资料，两者市场金额在2003年约达25亿美元）。光纤耦合器可分标准耦合器（双分支，单位1×2，亦即将光讯号分成两个功率）、星状／树状耦合器、以及波长多工器（WDM，若波长属高密度分出，即波长间距窄，则属于DWDM），制作方式则有烧结（Fuse）、微光学式（MicroOptics）、光波导式（WaveGuide）三种，而以烧结式方法生产占多数（约有90％）。烧结方式的制作法，是将两条光纤并在一起烧融拉伸，使核芯聚合一起，以达光耦合作用，而其中最重要的生产设备是融烧机，也是其中的重要步骤，虽然重要步骤部份可由机器代工，但烧结之后，仍须人工作检测封装，因此人工成本约占10～15％左右，再者采用人工检测封装须保品质的一致性，这也是量产时所必须克服的，但技术困难度不若DWDMmodule及光主动元件高，因此初期想进入光纤产业的厂商，大部分会从光耦合器切入，毛利则在20～30％。国外业者有JDS、E-Tek、Oplink、Gould等，目前都已直接在大陆设厂生产耦合器跳线先说配线架吧，就是外线（电信线路）和内线进行交换为了方便管理而设的线路管理的机架。通常外线是架好不用动的，内现在表层，员工调了位置或人员流动时就要对号码或分机进行相应的移动，这就是跳线。跳线，实际上就是将用户的端口在交换机上（网络）和配线架上（语音）做一个调整，但现在的弱电几乎都是在配线架上面完成，网络和语音都在一块的，这就是网管的基本工作。另外顺便说一句，现在还有一种光纤跳线，在配线架上面用的，俗名也叫跳线/尾纤，呵呵。尾纤尾纤又叫猪尾线，只有一端有连接头，而另一端是一根光缆纤芯的断头，通过熔接与其他光缆纤芯相连，常出现在光纤终端盒内，用于连接光缆与光纤收发器（之间还用到耦合器、跳线等）。跳线，就是两端有连接头（如ST、SC、FC、MTRJ等等）的一段线缆（有光纤跳线、双绞线跳线及其他铜缆跳线等），作用是直接连接两个标准接口设备互连1、图解交换机设备的级联双绞线端口的级联级联既可使用普通端口也可使用特殊的MDI-II端口。当相互级联的两个端口分别为普通端口（即MDI-X）端口和MDI-II端口时，应当使用直通电缆。当相互级联的两个端口均为普通端口（即MDI-X）或均为MDI-II端口时，则应当使用交叉电缆。无论是10Base-T以太网、100Base-TX快速以太网还是1000Base-T千兆以太网，级联交换机所使用的电缆长度均可达到100米，这个长度与交换机到计算机之间长度完全相同。因此，级联除了能够扩充端口数量外，另外一个用途就是快速延伸网络直径。当有4台交换机级联时，网络跨度就可以达到500米。这样的距离对于位于同一座建筑物内的小型网络而言已经足够了！1．使用Uplink端口级联现在，越来越多交换机（Cisco交换机除外）提供了Uplink端口（如图1所示），使得交换机之间的连接变得更加简单。图1Uplink端口Uplink端口是专门用于与其他交换机连接的端口，可利用直通跳线将该端口连接至其他交换机的除Uplink端口外的任意端口（如图2所示），这种连接方式跟计算机与交换机之间的连接完全相同。需要注意的是，有些品牌的交换机（如3Com）使用一个普通端口兼作Uplink端口，并利用一个开关（MDI/MDI-X转换开关）在两种类型间进行切换。图2利用直通线通过Uplink端口级联交换机. 2．使用普通端口级联如果交换机没有提供专门的级联端口（Uplink端口），那么，将只能使用交叉跳线，将两台交换机的普通端口连接在一起，扩展网络端口数量（如图3所示）。需要注意的是，当使用普通端口连接交换机时，必须使用交叉线而不是直通线。图3利用交叉线通过普通端口级联交换机光纤端口的级联由于光纤端口的价格仍然非常昂贵，所以，光纤主要被用于核心交换机和骨干交换机之间连接，或被用于骨干交换机之间的级联。需要注意的是，光纤端口均没有堆叠的能力，只能被用于级联。1．光纤跳线的交叉连接所有交换机的光纤端口都是2个，分别是一发一收。当然，光纤跳线也必须是2根，否则端口

多模光纤激光器可见光和红外光半导体激光器都可以和多模光纤耦合，通过光纤输出。光纤输出的优点是可以随意改变光路方向，此类激光器多用于探测仪器及医疗仪器等。光纤出口光斑大小和光纤长度可由客户选择。光纤耦合模块具有大功率、高亮度的连续光输出，其输出为圆光束、小孔径和对称的请打零贰玖捌捌柒贰陆柒柒叁光斑形状，可广泛应用于医疗、材料处理、固体激光器泵浦、工业及航空、航天等诸多领域。光纤耦合模块的输出波长可满足固体激光器泵浦、医疗诊断及冶疗所需的波段。在工业应用上可被金属及其它材料有效地吸收，可用于激光焊接、打孔和材料处理。光纤的小数值孔径及小芯径有效地改善了激光器的输出亮度、功率密度和光束质量。 Visible light and infrared laser diode can be and multimode optical fiber coupling, through the optical fiber output. The advantages of optical fiber output is free to change the direction of the light path, such lasers to detect more instruments and medical instruments, etc. Fiber export spot size and fiber length can be selected by the customer. Fiber coupling module has high power, high brightness, light output, the output for the circular beam and small aperture shape and symmetry of light, can be widely used in medical, materials processing, solid state laser pump, industrial and aviation, aerospace and other fields. Fiber coupling module output wavelength can meet please dozen zero two nine pure two land and pure pure three solid laser pumped, medical

LD耦合模拟演示 2019.6.12

目录第一章绪论 (3) 第二章半导体激光与光纤耦合的理论 (4) 2.1 半导体激光器输出光束特性 (4) 2.2 光纤的基本理论 (5) 2.3 光纤耦合条件 (6) 第三章 10WLD耦合模拟 (7) 3.1 光路结构及器件参数 (7) 3.2 耦合模拟 (7) 3.3 光路优化 (9) 第四章大功率LD耦合模拟 (10) 4.1 光路结构 (10) 4.2 耦合模拟 (11) 第五章结论 (16)

第一章绪论本文利用Zemax对10W与30W两种LD耦合方式进行了模拟，除对现有10WLD 耦合工作进行验证之外，也为30WLD的光纤耦合工作提供了设计指导。

第二章半导体激光与光纤耦合的理论 2.1 半导体激光器输出光束特性温度对半导体输出功率的影响很大，温度越高，LD的输出功率越低。这就使得LD的有源层非常薄，厚度大约只有1μm，宽度一般在几十到几百μm。由于有源层非常狭窄，激光在传输的过程中就会发生衍射，光束会变得发散，如图1所示。图表 1 半导体激光器出射光斑示意图半导体激光器的桶中功率（PIB）定义为：光强下降到最大光强的1/2处所对应的角度，即半亮全宽时的全角发散角。垂直发散角用θ⊥表示，水平发散角用θ∥表示。对于激光与光纤的耦合，发散角越小，调整的容忍度越大，越有利于高效率的耦合。我们选择的LD芯片为Oclaro的SES12-915-02，其输出的中心波长为910nm，输出功率12W，θ⊥为58°，θ∥为10.5°。

2.2 光纤的基本理论图表 2 光纤的结构光纤的一般结构如图2所示，纤芯与包层为其结构主体。最外的涂覆层用于保护光纤，纤芯的折射率为n1，包层折射率为n2，n1＞n2，因此光束在纤芯与包层的交界面可以发生全反射而实现低损传播。为了满足全反射的实现条件，对照射到光纤端面的角度有要求，通过推算不难得到以下的公式：（1.1）其中NA为光纤的数值孔径，n0为空气折射率，简单计算可以取1,φ0为入射光束与水平方向的夹角，大于此数值的光束由于不能发生全反射而无法耦合入光纤。我们采用的耦合光纤，纤芯为105μm，包层为125μm，NA=0.22，属于多模光纤。

光纤光栅的特性

性，光栅区的折射率分布可表示为： )2cos()0()(max 11Z n n z n Λ ?+=π ………………………………………………… （1.1）显而易见，其折射率沿纵向分布，属于非正规光波导中的迅变光波导，在考虑模式耦合的时候，只能使用矢量模耦合方程，其耦合主要发生在基模的正向传输导模与反向传输导模之间。 2．单模光纤的耦合方程由于纤芯折射率非均匀分布,引起了纤芯中传输的本征模式间发生耦合。在弱导时, 忽略偏振效应,吸收损耗和折射率非均匀分布引起了模式泄漏,则非均匀波导中的场Φ( x , y , z ) 满足标量波动方程: ),,(}),,({22 220 2=Φ??++?z y x z z y x n sk t …………………（2.1）其中：λ π/20 =k ，λ是自由空间的光波长。 2 22 2 1}{1???+?Φ???=Φ?Φ r r r r r t ………………………………… ………………(2.2) 由于折射率非均匀分布引起波导中模式耦合只发生在纤芯中,因此非均匀波导中的场

% 单模光纤与多模光纤的耦合 clear all format long a1 = 52.5e-6; % 多模光纤半径a a0 = 4.1e-6; %单模光纤半径 wl = 1550e-9; %波长lambda n01 = 1.4544; n02 = 1.45; %单模光纤折射率 n1 = 1.4574; n2 = 1.4420; %多模光纤折射率 V0 = 2*pi*a0/wl*sqrt(n01^2-n02^2); %单模归一化频率 w = a0/sqrt(log(2)*(0.65+1.619*V0^-1.5+2.879*V0^-6)); %高斯光束半高宽 v = 1:50; %纤芯模序数 V = 2*pi*a1/wl*sqrt(n1^2-n2^2); %多模归一化频率 uv = (2*v-1/2)*pi/2; wv = sqrt(V^2-uv.^2); up = 2*(w/a1)^2*exp(-0.5*w^2/a1*uv.^2); down1 = besselj(0,uv).^2 + besselj(1,uv).^2; down2 = besselk(1,wv).^2./besselk(0,wv).^2; down3 = besselj(0,uv).^2; down = down1+(down2-1).*down3; eta = real(up./down); %{ eta = 2*(w/a1)^2*exp(-0.5*w^2/a1*((2*v-1/2)*pi/2).^2)./ ..., (besselj(0,((2*v-0.5)*pi/2)).^2 + besselj(1,((2*v-0.5)*pi/2)).^2+ ..., (besselk(1,sqrt(V^2-((2*v-0.5)*pi/2).^2)).^2./besselk(0,sqrt(V^2-((2*v-0.5)*pi/2).^2)).^2 -1).* ..., besselj(0,((2*v-0.5)*pi/2)).^2); %} plot(v,eta,'*','markersize',5)

光纤布喇格光栅基模到辐射模耦合分析根据耦合模理论和辐射模理论对光纤布喇格光栅（FBG）外界材料折射率大于包层折射率的情况下建立了完整的模型。基于自适应Lobatto算法将基模到辐射模的耦合方程组离散化，利用四阶五级的Runge-Kutta法求解基模到辐射模的离散耦合方程组。定量地分析了FBG的透射谱随它的外界材料折射率、长度、周期以及纤芯半径的变化规律。研究结果对于指导FBG设计、封装和将其作为折射率传感器的应用都有一定意义。标签：布喇格光纤光栅；辐射模；三层阶跃波导光纤布喇格光栅（FBG）是一种具有优良光学特性的光纤型无源器件，在光纤通信和光纤传感领域得到了广泛的应用[1.2]。FBG的电磁特性主要表现为纤芯内正、反向传输的基模之间的耦合。随着研究的深入，进一步考虑正向基模与反向包层模或辐射模之间的模式耦合效应显得很重要。 FBG正向基模到反向基模的耦合分析，文獻[3]进行了研究；1997年T.Erdogan等人[4]对FBG纤芯的LP01模和包层模的耦合进行了详细的描述。文献[5]提出了基于FBG 包层模式的折射率传感方案，研究了光纤通过氢氟酸腐蚀后包层模式的耦合波长随外部折射率的变化规律。对于FBG基模到辐射模的耦合研究，报道较少。文献[6]在假定光纤包层半径为无限大的情况下，对FBG 基模到辐射模的耦合进行了研究，显然这与实际情况不吻合。文献[7]首次在外界材料折射率略大于包层材料折射率，且包层半径为有限大的情况下采用泰勒级数展开法研究FBG基模到辐射模的耦合特性。当FBG的基模和辐射耦合较弱时该方法计算简单且误差较小。但基模与辐射模的耦合较强时，需将泰勒级数展开至三阶以上，计算复杂且误差较大。文章在文献[7]的基础上，采用计算简单且精度高的数值积分和数值微分相结合的方法，计算FBG的基模和辐射模的耦合方程，研究了FBG外界材料折射率、长度、周期以及纤芯半径变化对FBG透射谱的影响。 1 基于三层结构的FBG辐射模研究采用三层阶跃折射率波导结构[8]来模拟FBG，如图1所示，其中n1、n2和n3分别是纤芯、包层和外界材料的折射率，r1和r2分别是纤芯和包层的半径。当外界材料折射率大于包层折射率时，由文献[3]可知在波导中不存在离散的包层模式，只有连续的辐射模。 3.1 外界材料折射率对FBG透射谱的影响图2为FBG透射谱随外界材料折射率（n3）的变化情况，即n3=n2、n3=1.02n2、n3=1.05n2时的FBG透射谱。所选用FBG的参数为：n1=1.451、n2=1.446、r1=4.1μm、r2=62.5μm、光栅长度L=10mm，折射率调制深度5×10-4和光栅周期Λ=530nm。由它可以看出：（1）当n3=n2时，即类似包层无限大的情况，此时

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DESCRIPTION.................................................................................................................................................3 1.1 Product Function ................................................................................................................................3 850nm Wideband Coupler（FTB） ................................................................................................................3 1.2 Related Product List: ............................................................................................................................3 OPTIC SPECIFICATION： ............................................................................................................................3
Dimension ...............................................................................................................................................................3 3 PIGTAIL AND CONNECTOR ........................................................................................................................6 4 OPERATION/STORAGE TEMPERATURE/HUMIDITY..............................................................................6 5 QUALIFICATION .............................................................................................................................................6 Reliability .........................................................................................................................................................6 6 ENVIRONMENTAL SAFETY ............................................................................................................................7
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课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目：光纤耦合器的耦合比与耦合区长度的关系仿真初始条件：具有一定的光纤光学基础知识，能较好地理解光纤耦合器的工作原理及其性能指标；会使用光学仿真软件，如Beamprop等；具备装有Beamprop或其他光学仿真软件的计算机平台。要求完成的主要任务： 1.学会使用Beamprop光学仿真软件； 2.学习掌握光纤耦合器的工作原理及其性能指标； 3.利用Beamprop软件进行光纤耦合器的耦合比与耦合区长度的关系仿真，并对仿真结果进行分析总结。时间安排： 1．2011年6月27日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。 2．2011年6月28日至2011年7月7日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。 3.2011年7月8日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

目录摘要................................................................................................................................ I Abstract ......................................................................................................................... II 1绪论.. (1) 2光纤耦合器简介 (2) 2.1光纤耦合器的原理及制作 (2) 2.2光纤耦合器的类型及结构 (4) 3 Beamprop的使用简介 (6) 4耦合比与耦合区长度的关系仿真 (9) 4.1光纤耦合器的绘制 (9) 4.2仿真的前期准备 (10) 4.3仿真结果 (10) 5个人小结 (13) 参考文献 (14)

高等光学论文光纤光栅的理论基础研究光纤光栅的理论基础研究光纤由于具有损耗低、带宽大、不受电磁干扰和对许多物理量具有敏感性等优点，已成为现代通信网络中的重要传输媒介和传感领域的重要器件。光纤传感以其灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、可弯曲、体积小、可埋入工程材料及进行分布式测量等优点受到了广泛重视。光纤光栅是近十多年来得到迅速发展的一种光纤器件，其应用是随着写入技术的不断改进而发展起来的。光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，

从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。第一部分光纤光栅的简介 1 光纤光栅的发展 1978年，加拿大通信研究中心的Hill等发现纤芯掺锗的光纤具有光敏性，并利用驻波干涉法制成了世界上第一根光纤光栅[1]。 1989年，美国东哈特福联合技术研究中心的Meltz等利用244nm的紫外光双光束全息曝光法成功地制成了光纤光栅[2]，用两束相干光相遇时所产生的干涉条纹使光敏光纤曝光，形成折射率的周期性永久改变，从而制成光栅。这种光栅已达到实用阶段。但这种方法有其缺点：一是对光源的相干性要求较高；二是对系统的稳定性要求高。 1993年，贝尔实验室的Lemaire等用光纤载氢技术增强了光纤的光敏性[3]，这种方法适用于任何掺锗的光纤。通过光纤的载氢能够将在不增加掺锗浓度的情况下，使光纤的光敏性大大提高。1993年，又提出了制作光纤Bragg光栅的相位掩模法[4,5]，是到目前为止最为实用化的一种方法，仍被普遍采用，但这种方法的主要缺点是制作掩模版，一种掩模版只对应一种波段的光纤光栅。 1996年，出现了长周期光纤光栅[6～8]，这种光栅的周期较长，可以在数十微米到几百微米之间。光纤Bragg光栅具有选择性反射作用，是将前向传输的纤芯模耦合到后向传输的纤芯模中去，而长周期光纤光栅则是将纤芯模耦合到包层模，而包层模在传播不远后会损耗掉，从而在透射光中形成损耗峰。 2 光纤光栅的类型根据周期的长短，通常把周期小于1μm的光纤光栅称为短周期光纤光栅，又称为光纤Bragg光栅或反射光栅，Bragg光栅的特点是传输方向相反的纤芯模式之间发生耦合，属于反射型带通滤波器；而把周期为几十至几百μm的光纤光栅称为长周期光纤光栅，又称为透射光栅，长周期光纤光栅的特点是同向传输的纤芯基模和包层模之间的耦合，无后向反射，属于透射型带阻滤波。光纤光栅按波导类型可分为均匀光栅和非均匀光栅。均匀光纤光栅的特点是光栅的周期和折射率调制的大小均为常数，这是最常见的一种光纤光栅，其反射谱具有对称的边模振荡，但是其边模振荡较大，在通信中容易引起码间串扰，而最典型的均匀光栅为均匀光纤Bragg光栅。而非均匀周期光纤光栅的特点是光栅的周期或

大功率半导体激光器光纤耦合技术调研报告 1．前言近年来，高功率光纤激光器因其优良的性能日益受到人们的重视和青睐，被广泛地应用于工业加工、空间光通信、医疗和军事等各个方面，其迅速发展在很大程度上得益于大功率高亮度半导体激光器技术的进步，大功率半导体激光光纤耦合技术一直是高功率光纤激光器技术的一项关键核心技术。相反地，半导体激光器泵浦的高功率光纤激光器（DPFL）的发展也带动了大功率半导体激光器技术，尤其是大功率半导体激光光纤耦合技术的进步。由于单管半导体激光器（LD）的输出功率受限于数瓦量级，远不能满足高功率光纤激光器泵浦源的要求，要获得更大输出功率须采用具有多个发光单元的激光二极管阵列（LD Array）。按照结构形式的不同，激光二极管阵列分为线阵列（LD Bar）和面阵列（LD Stack），分别如图1(a)和(b)所示，其中LD Bar的输出功率一般在数十瓦至百瓦量级，而LD Stack的输出功率一般在数百瓦乃至上千瓦。无论是单管LD还是LD Array，由其固有结构特点决定了半导体激光器具有光束发散角较大，输出光束光斑不对称，亮度不高等问题，给作为高功率光纤激光器泵浦源的实际应用带来很大困难和不便。一个较好的解决方法是将半导体激光耦合进光纤输出，这样既可以利用光纤的柔性传输，增加使用的灵活性，又可以从根本上改善半导体激光器的输出光束质量。 Fig.1 （a）LD Bar 和（b）LD Stack 大功率半导体激光器阵列光纤耦合技术作为一项高新技术，具有很高的技术含量，涉及半导体材料、纤维光学技术、微光学技术、微精细加工技术和耦合封装技术等关键单元技术。目前为止，大功率半导体激光器阵列光纤耦合技术主要采用两条技术路线：光纤束耦合法和微光学系统耦合法。下面将主要以LD Bar 光纤耦合技术为例，就该两种方法进行详细阐述。 2．大功率半导体激光器阵列光纤耦合技术 2．1光纤束耦合法光纤束耦合法（又称光纤阵列耦合法）是早期使用的一种光纤耦合技术，具有结构简单明了、耦合效率高、各发光元的间隙不影响整体光束质量和成本低等优点。该方法通过微光学系统将LD Bar各个发光单元发出的光束在快轴方向进行准直和压缩后，与相同数目的光纤阵列一一对应耦合，然后通过光纤合束在

实验二耦合器的测试实验目的 1. 了解耦合器的特性及其简单应用。 2. 掌握耦合器的测试方法和基本测量仪器的使用。实验原理熔融拉锥型全光纤耦合器(Coupler)是光纤通信系统中重要的基本器件，可以用作各种比例的功率分路(Splitter)/合路(Combiner)器；波分复用器(WDM)；光纤激光器的全反镜；非线性光环镜(NOLM)；无源光纤环；Mach-Zehnder 光纤滤波器等；在传感领域可利用其作成Mach-Zehnder,Michelson,Sagnac,Fabry-Perot 光纤干涉型和光纤环形腔干涉型光纤传感器；此外还是光纤陀螺仪和光纤水听器及多种光学测量仪器的关键部件。目前比较先进的熔融拉锥设备不仅能制作各种分光比的标准耦合器，而且可以制作宽带单窗口/双窗口耦合器，偏振无关耦合器(Polarization Independent Couplers)，保偏耦合器(polarization-Maintaining Coupler)，多模耦合器，偏振分束器(PBS)，粗波分复用器(CWDM)，泵浦耦合器包括EDFA 用980/1550,980/1590,980/1480；光纤拉曼放大器用的14XX 泵浦合波器；还可以制作OADM 型和中继型组合功能器件，级联单锥式增益平坦滤波器(GFF)，全光纤非平衡Mach-Zehnder 干涉仪型Interleaver ，全光纤平顶傅立叶滤波型Interleaver(Flat-top Fourier Filter(F 3T)Interleaver)，此外亦可制作光固定衰减器。图1可用来定性的表示熔融拉锥光纤耦合器的工作原理。入射光功率在双锥体结构的耦合区发生功率再分配，一部分光功率从“直通臂”继续传输，另一部分则由“耦合臂”传到另一光路。在弱导和弱耦近似下，忽略自耦合效应，并假设光纤是无吸收损耗的，则在耦合区有模式耦合方程组： () ()() ()()()?????+=+=z A iC z A i βdz z dA z A iC z A i βdz z dA 121122 212111 （8.1）式中，()()z A z A 21,是两根光纤的模场振幅；21,ββ是两根光纤在孤立状态的纵向模传播常数；()1,2j i, =ij C 是耦合系数。实际中近似有2112C C =，可以求得上述方程组的解为：入端锥体出端锥体 I 2 （背散射臂） I 1 （输入臂） I 3 （直通臂） I 4 （耦合臂）图8.1 单模光纤耦合器瞬衰场耦合示意图