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多模光纤到单模光纤耦合的设计及研究

作　者: 何景秋
导　师: 叶玉堂
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 多模光纤单模光纤自聚焦透镜球透镜耦合效率
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在爆轰与冲击波实验中,瞬态速度的测量将为实验提供极为重要的参数。采用全光纤位移干涉技术的激光干涉测速系统由于高精度,结构紧凑、体积小、重量轻等诸多优势,成为冲击波与爆轰试验中速度测量系统的重要发展方向。而其中全光纤激光干涉测速仪器中的多-单模光纤耦合成为影响数据采集的最为重要的因素。如何提高多-单模光纤的耦合效率直接影响最后的测试精度。本文通过对系统中损耗、耦合等进行研究和分析,对多模光纤到单模光纤耦合系统的架构、系统性能以及最后的数据进行了分析和研究。同时在分析了各种耦合方法的优缺点后,最终提出组合透镜的方法来完成这个多模光纤到单模光纤耦合的耦合系统。首先我们分析了光纤耦合时所存在损耗对其造成的影响。同时,我们对单模光纤间的相互耦合、多模光纤出射光场的光束及光强做了基本的了解及分析,为后面的多-单模光纤耦合系统的架构打下基础。其次,通过对耦合器件自聚焦透镜及球透镜的分析及研究,设计并研制出了多模光纤到单模光纤耦合系统的雏形。先使用自聚焦透镜来汇聚从多模光纤出射光的束腰半径的大小,再通过使用球透镜来减小进入单模光纤前光束的发散角。通过这样的一个多-单模耦合系统可以极大的提高多模光纤到单模光纤的耦合效率。最后,通过调节多模光纤到自聚焦透镜的距离及自聚焦透镜到球透镜的距离来得到不同的耦合效率。通过数据对比分析,得出最好的耦合效率数值及此时各个耦合器件之间的距离。当多模光纤距离自聚焦透镜为1.87 mm,自聚焦透镜距离带球透镜的单模光纤为1.26 mm的时候,耦合效率达到最大值7.3%。本文提出并研制出的多模光纤到单模光纤组合透镜耦合系统结构紧凑、调试方便、耦合效率较高,具有良好的发展前景与实际应用价值。文中所采用的这种组合透镜的方式对精度调节要求较高,但是在精度满足的情况下却能达到非常好的耦合效率,其最后实验所得耦合效率在在国内都未见相关报道。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 课题研究的背景  9-10
  1.2 光纤耦合技术分类  10-13
    1.2.1 分离透镜耦合法  10-11
    1.2.2 光纤直接耦合法  11-13
  1.3 光纤耦合的发展和现状  13-14
  1.4 课题研究主要内容及意义  14-15
第二章耦合系统中多模光纤到单模光纤耦合的相关原理  15-32
  2.1 多模光纤出射光束的仿真分析  15-20
    1 普通多模光纤能量场分布  15-16
    2 带准直器的多模光纤出射场分布  16-20
  2.2 光束在单模光纤中传输的仿真分析  20-21
  2.3 自聚焦透镜耦合的仿真分析计算  21-25
  2.4 球透镜耦合的仿真分析计算  25-30
  2.5 组合透镜分析  30-32
第三章系统中的损耗和耦合分析  32-47
  3.1 系统中常见的损耗分析  32-36
    3.1.1 插入损耗  32-35
    3.1.2 回波损耗  35-36
    3.1.3 损耗分析小结  36
  3.2 多-单模耦合理论分析  36-40
  3.3 系统中存在各种偏移时的耦合仿真  40-46
    3.3.1 耦合系统存在横向偏移时的耦合效率  41-42
    3.3.2 耦合系统存在纵向偏移时的耦合效率  42-43
    3.3.3 耦合系统存在角向偏移时候的耦合效率  43-44
    3.3.4 耦合系统同时存在角向偏移和横向偏移时的耦合效率  44-46
  3.4 小结  46-47
第四章多-单模光纤耦合系统的设计及仿真  47-53
  4.1 多-单模耦合系统的设计方案  47-48
  4.2 理想耦合系统耦合效率的测算  48-50
  4.3 采用 ZEMAX 对耦合系统进行仿真及优化  50-53
第五章实验过程与结果分析  53-61
  5.1 实验设计  53-58
  5.2 实际实验数据测试及分析  58-60
  5.3 结论  60-61
第六章总结与展望  61-63
  6.1 全文总结  61-62
  6.2 研究展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-68
攻硕期间取得的研究成果  68-69
附录  69-71

多模光纤到单模光纤耦合的设计及研究

内容摘要

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