多芯光子晶体光纤宽带耦合器的研究和设计

论文摘要

随着光纤通信、光纤传感技术、光纤CATV、局域网、光纤用户网以及精密测试系统等的迅速发展,对耦合器的需求会进一步地增大。而宽带耦合器作为其中一个重要的部分,已日益成为新一代耦合器的基本要求。光子晶体光纤由于其结构的灵活性以及优越的特性,为设计出各种性能优异的光学器件提供了可能。其中PCF耦合器就是一个研究的热点,新型PCF耦合器具有对偏振不敏感、耦合长度短、波长平坦等诸多特性。本文主要对宽带PCF耦合器展开的研究讨论,从光子晶体光纤的概念入手,光子晶体光纤是基于光子晶体技术发展起来的新一代光纤,具有普通光纤无法比拟的特性,如无截止单模传输、可控色散、灵活的非线性以及高双折射等。然后对PCF耦合器的耦合理论进行了讨论分析,为PCF宽带耦合器的设计提供了理论基础。其次简单介绍了几种用于光子晶体光纤的数值模拟方法,例如平面波展开法、有效折射率法、超元胞晶格法、有限差分法、有限元法、光束传播法等等,并对这些模拟软件的优缺点进行了比较,还对本文中所使用的Matlab和Origin两种数值分析软件进行了简单的介绍。然后在此基础上提出了一种对双芯掺氟PCF耦合器的优化设计方案。本文还通过使用光束传播法对该PCF的结构进行了模拟,结果显示在波长1.3μm-1.7μm的范围内耦合比稳定在50%±0.5%,体现了较好的波长平坦特性。同时该耦合器还具有耦合长度短,对工艺容差不敏感以及引入新的耦合损耗等优点。最后还提出了一种一分三多端口耦合器的设计,并通过光束传播法对其耦合过程进行了数值模拟,结果显示该耦合器可以作为一分三的功分器,并且在1.1μm-1.8μm的波长范围内耦合长度不会随着波长的变化发生大幅度的改变,体现了较好的宽带特性,为多端口宽带耦合器的研究设计提供了一点理论支持。文章的最后在总结的基础上,提出了关于以后工作研究的几点设想。尽管PCF耦合器的制作过程非常复杂,但我们相信随着制作工艺的不断成熟以及制作成本的降低,PCF宽带耦合器一定能在光纤通信系统中发挥重要的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 1.4 本论文的创新之处
• 本章参考文献
• 第二章 光子晶体光纤耦合器的数值模拟
• 2.1 光子晶体光纤
• 2.1.1 光子晶体
• 2.1.2 光子晶体光纤以及特性
• 2.1.3 光子晶体光纤的制作
• 2.2 光子晶体光纤的数值模拟
• 2.3 PCF耦合器数据分析软件
• 2.3.1 Matlab图像仿真
• 2.3.2 origin 7.5数据分析软件
• 本章参考文献
• 第三章 光子晶体光纤耦合器的理论研究
• 3.1 光纤耦合器
• 3.1.1 模式耦合方程
• 3.1.2 光纤耦合器的分类
• 3.1.3 光纤宽带耦合器
• 3.2 光子晶体光纤耦合器
• 3.2.1 光子晶体光纤的耦合理论
• 3.2.2 光子晶体光纤耦合器的制作
• 本章参考文献
• 第四章 双芯掺氟的PCF宽带耦合器的优化设计
• 4.1 非对称结构光子晶体光纤的波长响应特性
• 4.2 双芯掺氟的PCF宽带耦合器的优化设计
• 4.3 双芯掺氟的非对称PCF宽带耦合器的特性分析
• 本章参考文献
• 第五章 多端口PCF宽带耦合器的设计
• 5.1 多端口耦合器的发展现状
• 5.2 基于PCF的一分三多端口宽带耦合器的设计
• 5.3 一分三多端口宽带耦合器的特性分析
• 本章参考文献
• 总结和展望
• 攻读硕士期间发表论文
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 致谢