多模光纤与单模光纤网络全光纤互联带通滤波器研究

论文摘要

个人及企事业单位互联网对带宽需求的迅猛增长,使光纤局域网、接入网取代传统的非屏蔽双绞线网络成为一种必然趋势。光纤到户成为全光纤网络研究的一个重要方向。本论文在分析总结国内外光纤滤波器和模式转换器的发展现状基础上,开展了多模光纤与单模光纤混合网络关键技术研究,首次提出了“单模光纤- LPFG（Long-period fiber grating长周期光纤光栅）-芯模阻隔器-多模光纤”级联结构的全光纤互联器,以同时实现多模单模光纤模式转换和带通滤波功能,具有明确的应用背景和科学意义。具体研究内容如下:①基于包层模提取的思想,提出了“单模光纤-LPFG-芯模阻隔器-多模光纤”级联的全光纤互联带通滤波器的设计思想。分析了多模光纤芯模和单模光纤包层模的场分布;推导了单模光纤各阶包层模和多模光纤芯模间的耦合效率计算公式;并根据耦合效率优化选择了单模光纤中的最优工作模式HE13模。②基于阶跃型的单模光纤三层模型,从光波导模式耦合理论出发,分析计算了长周期光纤光栅导模与包层模的有效折射率和模场分布,研究了光栅周期、光栅长度和折射率调制深度对透射谱特性的影响,根据工作波长1550nm和选定的工作模式HE13模,完成了长周期光纤光栅的设计,其周期为450μm。③引入“芯模阻隔器”因素,分析了单模光纤包层模和多模光纤芯模的耦合效率,用“耦合效率”和“芯模阻隔效率”两个参数对芯模阻隔器的半径进行了优化。结合微机电系统技术和光纤本身的特点,采用传统的自对准光刻法,光刻单模光纤的纤芯,并采用湿法化学镀膜法和离子束溅射镀膜法在光纤端面上镀膜,制作出了芯模阻隔器。④针对光刻工艺复杂、尺寸精确控制难度高等问题,提出了制作磁流变型芯模阻隔器的新思路。将该阻隔器与LPFG和多模光纤级联,实现了全光纤互联带通滤波器,带宽为4nm,插入损耗为6.8dB,具有带通滤波和多模单模光纤模式转换的功能。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 全光滤波器和模式转换器的研究现状
• 1.2.1 模式转换器
• 1.2.2 全光滤波器
• 1.2.3 布拉格光纤光栅滤波器
• 1.2.4 长周期光纤光栅滤波器
• 1.3 本论文主要内容
• 2 多模-单模全光纤互联带通滤波器设计
• 2.1 互联带通滤波器设计
• 2.1.1 多模-单模光纤耦合过程中包层模提取的设想
• 2.1.2 基于LPFG 的互联带通滤波器设计
• 2.2 LPFG 制作方法的选择
• 2.3 本章小结
• 3 长周期光纤光栅三层模型求解
• 3.1 LPFG 的光线理论
• 3.2 基于模式耦合理论的LPFG 分析
• 3.3 纤芯基模有效折射率和场分布
• 3.4 包层模的有效折射率和场分布
• 3.5 长周期光纤光栅的耦合系数
• 3.6 长周期光纤光栅的透射谱仿真
• 3.6.1 谐振峰深度与光栅长度、折射率调制深度关系
• 3.6.2 透射谱与光栅周期关系
• 3.7 本章小结
• 4 互联带通滤波器参数设计
• 4.1 多模光纤芯模分析
• 4.2 单模光纤的包层模分析
• 4.2.1 LPFG 工作模式设计
• 4.2.2 光栅周期设计
• 4.3 本章小结
• 5 互联带通滤波器的实验研究
• 5.1 芯模阻隔器加工
• 5.1.1 芯模自对准光刻法
• 5.1.2 磁流变液注入法
• 5.2 滤波器性能测试
• 5.2.1 主要实验设备
• 5.2.2 滤波器光谱测试与分析
• 5.3 实验中应注意的问题
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 攻读学位期间参加的科研项目