侧边抛磨光纤波导传输特性的计算分析

论文摘要

在各种光器件中,以侧边抛磨光纤为基底的全光纤器件正越来越多的受到人们的关注。无论是在实验室研究领域,还是在商用通信领域,都已经制成许多种光纤通信或光纤传感的全光纤器件。全光纤器件体积小、集成度高,易于与光纤系统熔接。在做侧边抛磨光纤器件时,因为没有理论计算的支持,需要通过做大量的实验工作,在对比和改进中才能得到性能较好的器件。而仿真分析可以方便更改各项参数,通过模拟计算得到有参考性的结果,为实验工作提供帮助。本文在建立侧边抛磨光纤的D型光纤边界条件的基础上,新提出了有过渡区的侧边抛磨光纤波导模型。优化了无过渡区侧边抛磨光纤仿真分析的部分结果,并建立了新的带过渡区的侧边抛磨光纤模型,使光学模型与实际抛磨形状更加接近。针对无过渡区和有过渡区侧边抛磨光纤波导模型,用三维有限差分光束传输法（3D Finite-difierent beampropaRation method）计算了光功率传输特性与光纤侧边抛磨长度、光纤侧边抛磨后剩余包层的厚度、波长以及聚合物尺寸等参数之间的关系,并对计算结果做出分析。本文的工作为实验研制侧边抛磨光纤及相关器件提供了理论参考。本文还进行了与侧边抛磨光纤耦合的微环形谐振腔的初步分析。介绍了环形谐振腔和侧边抛磨光纤的耦合理论,探索性地进行了微环形谐振腔的仿真模型设计,并给出了采用时域有限差分方法（FDTD）模拟的侧边抛磨光纤与环腔耦合的初步计算结果。本论文的成果在于:1、进一步完善了侧边抛磨光纤器件的光学模型,提出了更接近于实际侧边抛磨光纤的带过渡区的光学模型,并用三维的有限差分光束传输法进行了计算分析。2、基于带过渡区的侧边抛磨光纤模型,计算分析了侧边抛磨光纤波导的模场分布和光功率传输特性,计算了侧边抛磨光纤器件的光功率传输特性随其结构参数、涂覆聚合物材料尺寸和输入光波长变化的情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 侧边抛磨光纤波导传输特性分析的研究现状
• 1.3 课题的研究工作及本文的主要内容
• 第二章 光束传输法和计算软件
• 2.1 光束传输法的发展及介绍
• 2.2 光束传输法的基本理论推导
• 2.3 BEAMPROP软件的介绍
• 第三章 侧边抛磨光纤无过渡区波导模型的计算分析
• 3.1 侧边抛磨光纤的无过渡区波导光学模型
• 3.2 波导传输特性的计算结果与分析
• 3.2.1 聚合物层的厚度对光功率传输的影响
• 3.2.2 侧边抛磨区长度对光功率传输的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 侧边抛磨光纤带过渡区波导模型的传输特性仿真分析
• 4.1 侧边抛磨光纤带抛磨过渡区的波导器件光学模型
• 4.2 侧边抛磨光纤带过渡区波导的数学模型及计算方法
• 4.3.计算结果及分析
• 4.3.1 侧边抛磨光纤的剩余包层厚度对光功率传输的影响
• 4.3.2 侧边抛磨平坦区长度对光功率传输的影响
• 4.3.3 抛磨区聚合物层的厚度对光功率传输的影响
• 4.3.4 抛磨区聚合物层的宽度对光功率传输的影响
• 4.3.5 输入光的波长对光功率的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 光学微环谐振腔和侧边抛磨光纤耦合的光纤器件的初步分析
• 5.1 与侧边抛磨光纤耦合的微环形谐振腔仿真设计
• 5.1.1 微环型谐振腔的结构
• 5.1.2 微环型谐振腔的仿真模型设计
• 5.1.3 微环腔波导光学模型
• 5.1.4 时域方法模拟计算结果
• 5.2 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文及科研成果清单
• 致谢