基于SMS光纖結構的理論模擬與分析

王迎勛 王香 王彩峰 王妍力 劉太偉

摘要：本文運用BPM軟件模擬SMS光纖結構的傳光情況，通過改變MMF的寬度和高度模擬SMS光纖結構里的光傳輸，通過理論模擬，得出了MMF的一些參數取值是限制值的，當達到限制值時光傳輸情況基本保持不變，本次研究對實際光纖傳感的制作有一定的參考價值。

關鍵詞：SMS;結構;BPM;光傳輸

中圖分類號：TN253 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）06-0013-02

0 引言

SMS結構的光纖傳感器是一種新型的傳感器，該結構具有簡單、成本低、易于制作、靈敏度高等特點，在光纖傳感技術領域是一種繼光纖光柵之后的具有廣泛發展前景的光纖器件[1-2]。

1 SMS光纖結構傳感原理

SMS光纖結構如圖1所示，由一段MMF嵌入到標準單模光纖中間，當光由輸入單模光纖傳入到多模光纖時，會激發出一系列的高階模，不同的模式在多模光纖中相互耦合，由于不同階數的導模模場分布的差異，因而導致它們在向單模光纖基模耦合時耦合系數間的不同，其結果是只有少數的導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寬度對傳感的影響

本文采用BPM數值模擬方法對所選SMS光纖結構進行模擬分析。初始參數值為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，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，但是通過第二段單模光纖選擇模式損耗有一定的減小。當增加width值時，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的過程中SMS光纖結構光場分布的變化情況。從此圖中可以明顯發現，隨著MMF寬度的增加，value的值整體呈下降趨勢，說明隨著MMF寬度的增加，光能量損耗的越多，但是當width的值小于width×2時呈現迅速下降趨勢，說明光損耗的較多，但是當width的值大于width×2時value的值基本保持不變，所以MMF的寬度應該小于單模光纖寬度的1.5倍。

3 MMF高度對傳感的影響

首先設置初始值不變，MMF的初始height為height×1.5時，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，但是通過第二段單模光纖選擇模式損耗有一定的減小。當增加height值時，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的過程中SMS光纖結構光場分布的變化情況。從此圖中可以明顯發現，隨著MMF寬度的增加，value的值整體呈下降趨勢，說明隨著MMF寬度的增加，光能量損耗的也是越多，但是當height的值小于height×3時呈現迅速下降趨勢，說明光損耗的較多，但是當height的值大于height×3時value的值基本保持不變。

4 結語

BPM計算模擬了基于多模干涉的SMS光纖結構內部傳輸光場分布情況，研究了不同的多模光纖長度、多模光纖寬度條件下，SMS光纖結構內部光場的分布和變化規律，從而證實了SMS光纖結構在各物理量傳感與檢測方面的應用潛力。

參考文獻

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

[2] 趙宇，金永興，金尚忠.SMS光纖結構特性的數值模擬分析[J].中國計量學院學報，2011，22（4）：349-355.