多矩形芯光纤设计、制备及其光学特性研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文多矩形芯光纤设计、制备及其光学特性研究硕士研究生：曲洪坤指导教师：田凤军副教授学科、专业：光学工程论文主审人：李立副教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文多矩形芯光纤设计、制备及其光学特性研究硕士研究生：曲洪坤指导教师：田凤军副教授学位级别：工学硕士学科、专业：光学工程所在单位：理学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.En

2、gDesign,FabricationandCharacteristicsStudyofMulti-rectangularCoresFiberCandidate:QuHongkunSupervisor:AssociateProf.TianFengjunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:OpticalEngineeringDateofSubmission:Dec.2017DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineering

3、University哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并

4、向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：导师(签字)：日期：年月日年月日摘要集成干涉仪由于灵敏度高、测量范围大以及可靠性高已经被广泛的应用到传感领域。多芯光纤在集成干涉仪中发挥

5、着重要作用，在环境传感和弯曲传感等方面已经有所应用。多芯光纤集成干涉仪的优点如下：尺寸小、灵活应用和热敏感性小。但是集成干涉仪通常是由传统的低双折射光纤构成，在传感器工作过程中存在信号偏振衰退现象，导致传感器性能降低。为了减小偏振衰退，本文提出了一种多矩形芯光纤，由于纤芯是矩形的且纤芯和包层的不对称，这种光纤可以产生高双折射。本文主要从以下几个方面进行研究：(1)根据纤内集成干涉仪存在的偏振信号衰退现象，提出了高双折射多矩形芯光纤。对多矩形芯光纤的理论进行了简单的介绍。(2)多矩形芯光纤结构设计以及参数优化，实心结构光纤由高折射率纤芯和纯二氧化硅包层组成，

6、三个矩形芯在同一个圆周上，矩形芯中心与圆的中心连线之间的夹角为120°；空心结构光纤中间是一个大空气孔，三个高折射率矩形芯在同一个圆周上，矩形芯中心与圆的中心连线之间的夹角为120°，光纤包层材料是不掺杂的二氧化硅管。(3)利用有限元分析方法(FEM)，结合多物理场仿真软件COMSOL对多矩形芯光纤光学特性进行仿真分析，主要分析以下特性：光纤模式特性、光纤的模式双折射、倐逝场特性以及单个矩形芯光纤弯曲损耗特性。其中对模式双折射进行了仔细研究，包括几何参数、材料参数以及应力棒介入对模式双折射的影响。(4)多矩形芯光纤制作方法和步骤，包括改进MCVD制做锗掺杂

7、芯棒技术、划片切割成槽－堆积法组制预制棒技术和多矩形芯光纤的拉丝技术。(5)空心结构多矩形芯光纤模式双折射影响因素以及控制方法。可以调整纤芯的尺寸、纤芯锗掺杂浓度和纤芯距离空气孔的距离来调整双折射大小。还可以在中间空气孔出引入一个应力棒，这样会产生较大的内应力，实现高双折射。在中间空气孔中填充不同折射率的液体，此时纤芯中的光会更多的渗透进入空气孔区域，空气孔区域倐逝场会增强。单个矩形芯光纤可以通过向某个固定方向弯曲实现单偏振。经过研究表明，我们提出的多矩形芯特种光纤拥有高双折射特性，其双折射可以达到10-4，这种高双折射特性能够在减小偏振信号衰退方面得到进

8、一步的应用。当空气孔中填入不同折射率材料液体时，会出现色散异常现在