PDF《熔 融拉 锥型光纤耦 合器实验研 究》

2 0

0 5―

0 5 一O

7 基金项 目: 国家 自然科学基 金重点资助项 目(

5 0

2 3

5 0

4 0 ) 作者简 介:刘景琳 (

1 9

7 9 一) , 女,湖南漕县人 , 讲师 , 从事光信息器件制造研究 论文联 系人: 刘景琳 ,女,讲师 I电话 ;

0

7 3

1 8

8 3

0 2

9 1 ( 0) I E - ma i l ;

n j a p p l e @ma i l . C S U . e d u . a n 维普资讯 http://www.cqvip.com 中南大学学报 ( 自然科学版 ) 第37卷析光纤耦合器的工作原理 ,介绍熔融拉锥法制作单 模光纤耦合器的拉制过程 ,并讨论光纤耦合器的性 能参数 .

1 光纤耦合 的工作原理 熔融拉锥法 是将

2 根 除去涂覆层的光纤 以一 定的方式靠拢 ,然后置 于高温下加热熔 融,同时向 光纤两端拉伸 , 最终在加热 区形 成双锥形式 的特殊 波导耦合结构 , 从 而实现光纤耦合 的一种方法 .图1所示为熔融拉锥型光纤耦合器的结构模型.其中: W. 和W. 分 别为 耦合结构的熔 锥区Ⅱ和 Ⅲ在光纤熔烧时的拉伸长度;

W.为耦合 区 I的火焰宽度.耦合区的两 光纤熔 烧 时逐 渐变细 ,两纤芯 可忽 略不 计,两包层合并在一起形成以包层 为纤芯 、芯外介 质( 空气) 为新包层的复合波导结构 ,实现两光纤的 完全 耦合 . 输入端l 一 输入端2 一===二I+'

一W

0 + 输入端

3 一(直通臂) 一 输入端4 '

( 耦台臂) 图1光纤耦 合器的结构模 型Fig.1Structuralmo d e l o f f i b e r c o u p l e r 当入射光从输入端

1 进入熔锥区Ⅱ 后 ,由于单模 光纤的传导模为 2个正交的基模信号,因此,光纤参 量 V随着纤芯 的变细而逐渐变小 , 导致越来越多的 光渗入包层;

进入耦合区I 后 ,由于两光纤合并在一 起, 光在以新的包层为纤芯的复合波导中传输 , 并使 光功率发生再分配;

当光进入熔锥区Ⅲ后,光纤参量 随纤芯的变粗而逐渐增大 , 并使光以特定比例从输 出端输出,即一部分光从直通臂 ( 输 出端

3 ) 直接输 出, 另一部分光从耦合臂( 输出端

4 ) 输出. 在耦 合区I,由于 两光纤包层合并在一 起 ,纤 芯足够逼近 ,因此 ,耦合器为两波导构成的弱耦合 结构n . '

垤].根据弱耦合模理论分析可知:相耦合 的 两波导中的场 , 各保持该波导独立存在时的场分布 和传输系数,耦合的影响仅表现在场 的复数振 幅的 变化 .假设光纤是无 吸收的,则随拉伸 长度 不断 变化,其变化规律可用一阶微分方程组表示如下 : I = i ( 十cl】)A.+iCA2;

{(1)}=i(+c2)A-+-iCz1A..式中:A和A为两 光纤 的模场 振幅;

和为两光纤在孤立状态下 的传播常数 ;

C 和c..为自耦合 系数 ;

C 和C为互耦合系数........