光纤微弯传感器弯曲损耗的研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文光纤微弯传感器弯曲损耗的研究姓名：彭丽萍申请学位级别：硕士专业：物理学指导教师：黎敏20091101武汉理工大学硕上学位论文摘要随着光纤传感技术和通信技术的迅速发展与应用，光纤传感器得到了越来越广泛的应用。作为传感器的一种，光纤微弯传感器不仅具有一般光纤传感器的优点，还有耐腐蚀、抗电磁干扰、灵敏度高、结构简单、重量轻、体积小和安全稳定等一系列独特的优点，得到了世界各国研究者的广泛青睐与重视。本论文主要就微弯光纤传感器的弯曲损耗问题进行了研究，首先运用光线理讨论了微弯光纤传感器弯曲损耗的问题，其次研究了多包层情况下单模光纤弯曲损

2、耗问题，最后运用射线理论对多模光纤弯曲损耗进行了研究，主要内容和工作的创新点如下：(1)本文从光线理论角度研究了光纤弯曲损耗的问题。根据文献调研发现，光纤损耗是现行一个广泛而主要的问题，从模式理论上研究光线损耗的文献较多，而从光线理论的角度上研究损耗相对较少。本文就从梯度光纤弯曲时折射率分布函数出发；推导出了光纤正弦弯曲时各点的曲率半径方程；然后通过建立物理模型并利用折射率分布函数，用微分数值法求解出了光纤中的光线轨迹。最后再根据光线轨迹，分析和解释了光纤弯曲损耗的一些现象，该种方法具有一定的可行性。(2)在单模光纤微弯传感器弯曲损耗的理论分析中，传

3、统方法将光纤看作芯层和无穷大涂履层所构成的简单模型，提出了一个计算弯曲损耗系数口的简单公式，也有的对公式口进行一些修正，这些计算都是基于仅有一层包层的单模光纤。而本文主要基于弱导近似和扰动理论对有多包层结构的单模光纤的弯曲损耗进行研究，并解释了损耗产生振荡的原因。(3)最后从射线理论角度分析了多模光纤微弯传感器的弯曲损耗。首先从射线方程出发，导出射线模轨迹方程，再按轨迹特征，对射线模进行分类，并定义表述轨迹特征的一组轨迹参量。为了确定轨迹参量对弯曲损耗的影响，又求出了表征射线模传输特性的轴向不变量万，作为射线分析的补充，利用本地平面波的概念，建立确定

4、射线模轴向不变量万的方程，即是色散方程。关键词：光纤微弯传感器；弯曲损耗；光线理论；单模光纤；多模光纤武汉理工人学硕士学位论文AbstractOpticalfibersensorhavegotmoreandmoreapplicationextentwithopticalfiberfabricationandcommunicationrapiddevelopment．Asasendofsensor,microbendingopticalfibersensorarenotonlyhavemanyadvantagesofgeneralfibersensor

5、,butalsohaveitselfadvantage，example：smallvolame,lowprice,goodsolution，SOitgetmanyrecongnitions．Inthepaper,wehavestudiedthebendinglossofmicrobendingopticalfiberbytheRayTheory,mostly,anddiscussestheBend．InducedLossinSingle—ModeFibersandMultimodeopticalfiber．Majorelementsareasfoll

6、ows：1．Thetexthavestudiedthebendinglossofopticalfiberbytheraystheories，andeducedthecurvatureradiiequationwhentheopticalfiberwerebendtbaseontherefeactivedistributedfunction．Fromthedifferentialequationthatappliesphysicalandtherefeactivefunction，thetracesofrayswereworkedout．Lastly,

7、inthepaperexplainthelossphenomenonsinbendingopticalfibers．2．Aboutthetheorystudyofsingle-modleopticlfiber,ageneralmethodisthattheopticalfiberasacombinationequipmentofcore—floorandinfinityoverlay,meybroutforwardaformulaofbend—inducedlossorcorrecedtheformula，butthesetheorystudiesw

8、ereonlystudiedaenvelopeopticalfiber．Thispaperhavestudi