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锥型塑料光纤的光传输特性及其应用研究

连重炎  
【摘要】: 由于塑料光纤(POF)在短距离通信中所显示出来的可挠性好、对接容易、成本低等优势及其在传感领域较石英光纤(SOF)有灵敏度高、动态测量范围大等优点,塑料光纤越来越受到人们的重视,具有相当可观的潜在市场和应用前景。 本论文研究了塑料光纤波导的模式耦合理论与功率流方程,介绍了塑料光纤的光线追迹法理论,并对其进行了仿真。利用几何光学中的光线追迹法分析和仿真了锥形塑料光纤中的光线传输特性。推导了子午光线和斜光线在锥形塑料光纤中传输的递推公式。分析结果表明,用锥形塑料光纤作为准直器,采用小锥角是比较合适的。 介绍了大芯径塑料光纤热预拉锥的实验。通过实验,得到较好的塑料光纤拉锥工艺参数,并对拉锥后的塑料光纤进行测试分析。实验研究了LD输出激光束经过望远镜系统、多模光纤系统和锥形塑料光纤系统三种系统后的光束远场特性。望远镜系统具有良好的光束准直效果,由于衍射,远场光束呈现环状的光强分布;多模光纤的模间色散特性,使得光束的空间相干度降低,大大改善了输出光束的均匀性;锥形塑料光纤系统所具有的准直特性和模间色散特性,使光束具有部分相干性的同时,也减小了光束的发散角,光束质量最好。 在光纤通信系统中,由光源产生的光束携带信息。半导体激光器和发光二极管是两种最常用的光源。最后一章,研究了LED与光纤的耦合问题,提出了几种关于改善LED光束发散角和提高LED与光纤耦合效率的方法。实验发现,锥形塑料光纤对于提高光束的耦合效率具有良好的效果。


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