梯度折射率透镜在光纤耦合系统中的应用

论文摘要

梯度折射率透镜由于具有小体积、平端面、易加工、易调整对准、易耦合组装、耦合效率高的特点,因而在半导体激光器与光纤的耦合系统中发挥了重要的作用。本文在介绍了半导体激光器的特性、高斯光束传播规律、透镜光纤耦合基本性能的基础上,对高斯光束经梯度折射率透镜的传输特性进行了具体分析,同时对如何选取最佳耦合结构参数进行了探讨。首先,运用ABCD定律和高斯光束复参数的定义,分析了高斯光束在非线性非均匀介质中的传输特性,进而推导出高斯光束经梯度折射率透镜的传输特性,得出高斯光束出射透镜后的束腰宽度及束腰位置的公式,即高斯光束经过梯折透镜的成像变换公式。得到此公式后,运用计算机编程进行了数值计算讨论、画图,分析了在一定初始条件下不同的参数(如初始束腰位置、梯度折射率参数、透镜宽度等)对束腰变化产生的影响。之后,采用两片自聚焦透镜构成的耦合系统作为模型,研究怎样选取最优的结构参数,包括如何选取两片透镜的宽度和两透镜的间距。即在保证高效耦合的前提下,如何使耦合结构尽可能的紧凑、体积尽可能的小。文中根据自聚焦透镜的光纤传输轨迹,给出了理论上的最佳结构公式,然后根据这些公式用计算机编程计算,给出了最佳耦合结构参数的近似值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 主要研究内容及研究目的
• 1.2.1 研究内容
• 1.2.2 研究目的
• 第2章 梯度折射率光学概述
• 2.1 微小光学概述
• 2.2 梯度折射率光学的发展历史
• 2.2.1 发展基础
• 2.2.2 发展历史概述
• 2.3 梯度折射率透镜的分类
• 2.3.1 轴向梯折透镜
• 2.3.2 径向梯折透镜
• 2.3.3 球面梯折透镜
• 2.4 梯度折射率透镜的应用
• 2.4.1 应用综述
• 2.4.2 径向梯度折射率透镜的应用
• 2.4.3 应用前景
• 2.5 本章小节
• 第3章 半导体激光器与高斯光束传播理论
• 3.1 半导体激光器概述
• 3.1.1 半导体激光器简述
• 3.1.2 半导体激光器光束特性
• 3.1.3 半导体激光器光源的优点
• 3.2 高斯光束传播理论
• 3.2.1 高斯光束
• 3.2.2 高斯光束的传播
• 3.3 本章小节
• 第4章 半导体激光器与光纤的耦合理论
• 4.1 光通信中光耦合的重要意义
• 4.2 光纤与光源的耦合概况
• 4.3 光源与光纤的耦合模理论
• 4.4 耦合方式分类
• 4.4.1 采用分立光学元件的耦合系统
• 4.4.2 在光纤端面制作微透镜的耦合系统
• 4.4.3 各种耦合方式的优缺点
• 4.5 耦合效率分析
• 4.5.1 耦合效率的定义
• 4.5.2 耦合效率的理论计算
• 4.6 本章小节
• 第5章 高斯光束经梯度折射率透镜的传播
• 5.1 传播规律推导
• 5.1.1 非线性介质中的基本波方程及光束复参数
• 5.1.2 高斯光束在非均匀非线性介质中的传输公式
• 5.1.3 高斯光束通过非线性梯度折射率透镜的传输
• 5.2 束腰变化分析
• 5.3 本章小节
• 第6章 最佳耦合参数的确定
• 6.1 系统结构造成的耦合损耗分析
• 6.2 用自聚焦透镜作平行光束与单模光纤的最佳耦合
• 6.3 计算结果分析
• 6.4 本章小节
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表论文