[发明专利]一种微纳光纤光栅的仿真模型构建方法

说明书

本发明提供的微纳光纤光栅的仿真模型构建方法，首先构建微纳光纤、微纳光纤包层以及光栅的二维模型，之后根据上述二维模型建立微纳光纤光栅的三维模型，再对三维模型的参数进行配置并对其进行网格划分，生成微纳光纤光栅的仿真模型。该方法对物理实体进行仿真，实现了对微纳光纤光栅仿真模型的建立，并且可以根据实际需求灵活改变各种参数设置，为微纳光纤光栅的制造提供有效的依据，解决了现有技术的如下问题：目前并没有针对微纳光纤光栅建立的仿真模型，仅通过实验的方法对其性能特点及用途进行研究，会导致研究成本上升，而且效率不高，并影响微纳光纤光栅在现实中有效的应用和推广。

技术领域

本发明涉及光器件仿真技术领域，特别是涉及一种微纳光纤光栅的仿真模型构建方法。

背景技术

微纳光纤指光纤直径在微米、纳米量级的光纤，它具有低损耗、倏逝场传输、强光场限制、高非线性系数等优点，在光纤通信、传感、非线性光学等方面得到了广泛的应用。微纳光纤的制备可以通过石英光纤拉锥得到，具有制备简单，成本低，易于耦合等特点。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此适用于微纳光纤。微纳光纤中包含光纤光栅，可得到出许多性能独特的光纤器件。由于微纳光纤具有倏逝场传输特性，即光传输的一部分的能量在光纤外的空气包层中传输，因此微纳光纤布拉格光栅对于诸如折射率，湿度等参量的变化也很敏感。微纳光纤的直径越小，对应的传输模式之间的折射率差越大，这使得微纳光纤中的光栅的周期更短，石英材料制造的微纳光纤的纤芯与空气包层的折射率差约为0.45，高折射率差使光栅的周期数也大大减少，所以微纳光纤中的光栅的长度比石英光纤布拉格光栅短很多，大幅减小了光栅尺寸。

对光纤光栅进行的仿真建模，其意义在于通过建立一个数学模型模拟出物理实体的特性，并且通过对建立的数学模型的参数优化，设计满足不同使用需求的光纤，为光纤实际制作与应用提供依据。由于微纳光纤光栅具有一系列不同于普通光纤光栅的特性，因此目前并没有针对微纳光纤光栅建立的仿真模型，仅通过实验的方法对其性能特点及用途进行研究，会导致研究成本上升，而且效率不高，并影响微纳光纤光栅在现实中有效的应用和推广。

发明内容

本发明提供一种微纳光纤光栅的仿真模型构建方法，用以解决现有技术的如下问题：目前并没有针对微纳光纤光栅建立的仿真模型，仅通过实验的方法对微纳光纤光栅的性能特点及用途进行研究，会导致研究成本上升，而且效率不高，并影响微纳光纤光栅在现实中有效的应用和推广。

为解决上述技术问题，本发明提供一种微纳光纤光栅的仿真模型构建方法，包括：建立微纳光纤的二维模型、建立微纳光纤包层的二维模型以及建立光栅的二维模型；根据所述微纳光纤的二维模型、所述微纳光纤包层的二维模型以及所述光栅的二维模型建立微纳光纤光栅的三维模型；配置微纳光纤光栅三维模型，对所述微纳光纤光栅的三维模型进行网格划分，以生成所述微纳光纤光栅的仿真模型。

可选的，所述根据所述微纳光纤的二维模型、所述微纳光纤包层的二维模型以及所述光栅的二维模型建立微纳光纤光栅的三维模型，包括：将所述微纳光纤的二维模型转化为所述微纳光纤的三维模型，将所述微纳光纤包层的二维模型转化为所述微纳光纤包层的三维模型，将所述光栅的二维模型转化为光栅刻蚀区域的三维模型；将所述光栅刻蚀区域的三维模型、所述微纳光纤的三维模型和所述微纳光纤包层的三维模型按从内到外的顺序，并且以中心重合的方式组合成为微纳光纤光栅的三维模型。

可选的，所述配置微纳光纤光栅三维模型，包括：设置微纳光纤光栅的三维模型的参量；设置微纳光纤光栅的三维模型的边界条件；设置入射光的初始条件；设置需要计算的参量。

可选的，所述对所述微纳光纤光栅的三维模型进行网格划分，包括：对光栅刻蚀区进行网格划分；对微纳光纤除去光栅刻蚀区的部分进行网格划分；对微纳光纤包层进行网格划分。