基于SMS光纖結(jié)構(gòu)的理論模擬與分析

王迎勛 王香 王彩峰 王妍力 劉太偉

摘要：本文運(yùn)用BPM軟件模擬SMS光纖結(jié)構(gòu)的傳光情況，通過(guò)改變MMF的寬度和高度模擬SMS光纖結(jié)構(gòu)里的光傳輸，通過(guò)理論模擬，得出了MMF的一些參數(shù)取值是限制值的，當(dāng)達(dá)到限制值時(shí)光傳輸情況基本保持不變，本次研究對(duì)實(shí)際光纖傳感的制作有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：SMS;結(jié)構(gòu);BPM;光傳輸

中圖分類號(hào)：TN253 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）06-0013-02

0 引言

SMS結(jié)構(gòu)的光纖傳感器是一種新型的傳感器，該結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)單、成本低、易于制作、靈敏度高等特點(diǎn)，在光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域是一種繼光纖光柵之后的具有廣泛發(fā)展前景的光纖器件[1-2]。

1 SMS光纖結(jié)構(gòu)傳感原理

SMS光纖結(jié)構(gòu)如圖1所示，由一段MMF嵌入到標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中間，當(dāng)光由輸入單模光纖傳入到多模光纖時(shí)，會(huì)激發(fā)出一系列的高階模，不同的模式在多模光纖中相互耦合，由于不同階數(shù)的導(dǎo)模模場(chǎng)分布的差異，因而導(dǎo)致它們?cè)谙騿文９饫w基模耦合時(shí)耦合系數(shù)間的不同，其結(jié)果是只有少數(shù)的導(dǎo)模才有可能被有效地耦合到單模光纖中去，其他模式將耦合到單模光纖的包層中，最終被損耗掉，所以第二段單模光纖具有選擇模式的作用[1]。

2 MMF寬度對(duì)傳感的影響

本文采用BPM數(shù)值模擬方法對(duì)所選SMS光纖結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析。初始參數(shù)值為background_index=1.45，delta=0.01，free_space_wavelength=1.55，height=8μm，width=8μm，MMF的初始width為width×1.5時(shí)，光傳輸情況如圖2所示，從圖中可以看出，光在MMF中有一定的損耗，但是通過(guò)第二段單模光纖選擇模式損耗有一定的減小。當(dāng)增加width值時(shí)，光傳輸情況也隨之變化。圖3顯示多模光纖的寬度從width變化到width×10的過(guò)程中SMS光纖結(jié)構(gòu)光場(chǎng)分布的變化情況。從此圖中可以明顯發(fā)現(xiàn)，隨著MMF寬度的增加，value的值整體呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明隨著MMF寬度的增加，光能量損耗的越多，但是當(dāng)width的值小于width×2時(shí)呈現(xiàn)迅速下降趨勢(shì)，說(shuō)明光損耗的較多，但是當(dāng)width的值大于width×2時(shí)value的值基本保持不變，所以MMF的寬度應(yīng)該小于單模光纖寬度的1.5倍。

3 MMF高度對(duì)傳感的影響

首先設(shè)置初始值不變，MMF的初始height為height×1.5時(shí)，光傳輸情況如圖4所示，從圖中可以看出，光在MMF中有一定的損耗，但是通過(guò)第二段單模光纖選擇模式損耗有一定的減小。當(dāng)增加height值時(shí)，光傳輸情況也隨之變化。圖5顯示多模光纖的寬度從height變化到height×40的過(guò)程中SMS光纖結(jié)構(gòu)光場(chǎng)分布的變化情況。從此圖中可以明顯發(fā)現(xiàn)，隨著MMF寬度的增加，value的值整體呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明隨著MMF寬度的增加，光能量損耗的也是越多，但是當(dāng)height的值小于height×3時(shí)呈現(xiàn)迅速下降趨勢(shì)，說(shuō)明光損耗的較多，但是當(dāng)height的值大于height×3時(shí)value的值基本保持不變。

4 結(jié)語(yǔ)

BPM計(jì)算模擬了基于多模干涉的SMS光纖結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳輸光場(chǎng)分布情況，研究了不同的多模光纖長(zhǎng)度、多模光纖寬度條件下，SMS光纖結(jié)構(gòu)內(nèi)部光場(chǎng)的分布和變化規(guī)律，從而證實(shí)了SMS光纖結(jié)構(gòu)在各物理量傳感與檢測(cè)方面的應(yīng)用潛力。

參考文獻(xiàn)

[1] 王彩峰，王妍力，王迎勛，等.基于樣本的圖像修復(fù)的仿真及分析[J].科技傳播，2018，10（7）：115-116.

[2] 趙宇，金永興，金尚忠.SMS光纖結(jié)構(gòu)特性的數(shù)值模擬分析[J].中國(guó)計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，22（4）：349-355.