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少模光纤(fewmodefiber,FMF)是指传输的模式介于单模光纤和多模光纤之间,可以同时传输基模和少数几个(通常低于10个)高阶模的光纤,不仅具有单模光纤低模式色散和附加损耗的优点,而且兼顾多模光纤低非线性的优势。由于其独特的光学性质,近年来备受关注。研究少模光纤具有重要的理论和实际意义。 从本质上来说,少模光纤的工作原理是基于模间干涉原理,它的传输光谱可以通过改变长度、施加轴向应力、改变环境温度等方法来调谐,因此,我们能够根据具体的应用需求设计出不同的光纤器件。 本文主要的研究内容如下: (1)对少模光纤的概念及发展概况进行了简要介绍,深入研究实验室现有的多包层结构的少模光纤。在少模光纤的模式理论、工作原理等方面进行了详细的理论分析和软件仿真。在此基础上,分别从少模光纤与入射普通单模光纤(singlemodefiber,SMF)轴心偏移熔接、少模光纤长度、对少模光纤施加轴向应力、环境温度及输入光偏振态等五个方面对少模光纤的光谱特性进行理论分析和实验验证,得到了在入射SMF与FMF的第一个熔接点处人为引入适当的轴心偏移可以提高传输谱线对比度、改变少模光纤长度可以改变谱线的自由谱宽、对少模光纤施加轴向应力和改变其所处的环境温度可以导致谱线波长移动、输入光偏振态则对谱线影响不大等结论。这些特性对我们设计少模光纤的器件具有重要意义。 (2)运用前面论述的少模光纤的特点,实验上通过将FMF与SMF横向错位熔接获得高对比度且偏振无关的可调谐边缘滤波器,并将这种滤波器用于解调普通的光纤Bragg光栅位移传感器。实验上获得的传感系统分辨率可达~1.612×10-4mm,对应的最小可检测的波长漂移可算得~0.66pm。 (3)基于少模光纤的耐高温温度传感器的研究。研究了少模光纤温度传感器具体的实现方法,理论分析了该传感器传输光谱对所处环境温度的敏感特性。实验获得的耐高温温度传感器传输光谱谱线偏移量与温度变化有良好的线性关系,最高工作温度达到500℃,温度灵敏度为~0.1nm/℃,与理论仿真结果基本相符。根据FMF传输光谱和温度的对应关系,可得到实测的温度值,从而实现温度传感方面的应用。