多模光纤到单模光纤耦合设计及的研究.pdf

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摘要
摘要
在爆轰与冲击波实验中,瞬态速度的测量将为实验提供极为重要的参数。采
用全光纤位移干涉技术的激光干涉测速系统由于高精度,结构紧凑、体积小、重
量轻等诸多优势,成为冲击波与爆轰试验中速度测量系统的重要发展方向。而其
中全光纤激光干涉测速仪器中的多-单模光纤耦合成为影响数据采集的最为重要
的因素。如何提高多-单模光纤的耦合效率直接影响最后的测试精度。
本文通过对系统中损耗、耦合等进行研究和分析,对多模光纤到单模光纤耦
合系统的架构、系统性能以及最后的数据进行了分析和研究。同时在分析了各种
耦合方法的优缺点后,最终提出组合透镜的方法来完成这个多模光纤到单模光纤
耦合的耦合系统。
首先我们分析了光纤耦合时所存在损耗对其造成的影响。同时,我们对单模
光纤间的相互耦合、多模光纤出射光场的光束及光强做了基本的了解及分析,为
后面的多-单模光纤耦合系统的架构打下基础。
其次,通过对耦合器件自聚焦透镜及球透镜的分析及研究,设计并研制出了
多模光纤到单模光纤耦合系统的雏形。先使用自聚焦透镜来汇聚从多模光纤出射
光的束腰半径的大小,再通过使用球透镜来减小进入单模光纤前光束的发散角。
通过这样的一个多-单模耦合系统可以极大的提高多模光纤到单模光纤的耦合效
率。
最后,通过调节多模光纤到自聚焦透镜的距离及自聚焦透镜到球透镜的距离
来得到不同的耦合效率。通过数据对比分析,得出最好的耦合效率数值及此时各
个耦合器件之间的距离。当多模光纤距离自聚焦透镜为 mm,自聚焦透镜距离
带球透镜的单模光纤为 mm 的时候,耦合效率达到最大值 %。
本文提出并研制出的多模光纤到单模光纤组合透镜耦合系统结构紧凑、调试
方便、耦合效率较高,具有良好的发展前景与实际应用价值。文中所采用的这种
组合透镜的方式对精度调节要求较高,但是在精度满足的情况下却能达到非常好
的耦合效率,其最后实验所得耦合效率在在国内都未见相关报道。

关键词:多模光纤单模光纤自聚焦透镜球透镜耦合效率
I
ABSTRACT
Abstract
One of the most important parameters can be got from the instantaneous velocity
measure in the detonation and shock wave experiments. For its advantages of
non-contact measure and high precision, the technology of speed measurement by the
way of laser interference is used more and more widely. Further more, the laser
interference velocity measurement system with the all-fiber architecture is leading an
important trend in the shock wave and detonation experiments because it has such
advantages pact structure, high precision, a big velocity measurement upper limit.
But coupling from multi-mode fiber to single-mode fiber e the most important
factor in All Fibe