纤芯掺杂光子晶体光纤滤波器的结构设计与特性分析

论文摘要

波分复用（WDM）/密集波分复用（DWDM）技术是实现光纤通信系统超高速大容量传输的关键技术,光纤滤波器作为重要的波分复用（WDM）光子器件,广泛应用于光纤通信系统,其性能的高低直接关系到光纤通信的数据传输质量。光子晶体光纤滤波器有着传统光纤滤波器无法比拟的优越性,极大地改善原有某些光学器件的性能,它将在很大范围内取代传统光纤成为下一代光通信系统中的核心器件。本文利用全矢量光束传播法提出了两种纤芯掺杂的光子晶体光纤窄带滤波器结构设计,并利用RSoft软件对双芯和三芯结构滤波器工作特性进行计算仿真,所得到的结果为光子晶体光纤滤波器的进一步研究和实用化奠定了一定的基础。本文主要工作内容如下:第一,详细地介绍了光波导器件计算机模拟中常用的计算方法,特别详细地介绍了光束传播法的原理、公式和数值处理方法。第二,介绍了光纤耦合理论和光纤耦合器在光通信系统中的应用,详细介绍了光学滤波器和波分复用器的原理、结构和特性。第三,提出了两种基于纤芯掺杂的光子晶体光纤窄带滤波器的结构设计,通过优化选取光子晶体光纤的结构参量,在波长1.55μm处实现了纤芯基模有效折射率的匹配,从而实现波长的选择性耦合。利用全矢量光束传播法（BPM）对器件工作特性进行数值仿真,结果表明,光纤耦合长度分别为16.4 mm和22.8 mm;在损耗低于-3dB前提下,带宽分别为9 nm和8.9 nm,表现出结构尺寸小、传输损耗低、工作带宽窄的优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光子晶体概述
• 1.2 光子晶体的结构与分类
• 1.2.1 一维光子晶体
• 1.2.2 二维光子晶体
• 1.2.3 三维光子晶体
• 1.3 光子晶体的应用
• 1.4 光子晶体光纤
• 1.4.1 光子晶体光纤简介
• 1.4.2 PCF的分类及导光机理
• 1.5 光子晶体光纤特性
• 1.6 光子晶体光纤的制作
• 1.7 光子晶体光纤滤波器研究现状
• 1.8 本文工作概要
• 第二章 光子晶体光纤的数值分析方法
• 2.1 计算方法概述
• 2.1.1 时域有限差分法
• 2.1.2 有限元法
• 2.1.3 有效折射率法
• 2.1.4 平面波法
• 2.1.5 多极法
• 2.2 光束传播法
• 2.2.1 光束传播法基本形式
• 2.2.2 标量近似的BPM
• 2.2.3 偏振矢量BPM
• 2.3 边界条件的选择
• 2.4 光束传播法的研究和应用
• 2.5 本章小结
• 第三章 光子晶体光纤模式耦合原理及应用
• 3.1 物理背景
• 3.1.1 模式耦合方程
• 3.1.2 耦合波的特性
• 3.1.3 耦合长度的计算
• 3.2 光纤耦合器
• 3.3 光学滤波器
• 3.3.1 基于光束干涉的滤波器
• 3.3.2 基于光栅结构的滤波器
• 3.3.3 模式干涉滤波器
• 3.3.4 微结构光纤滤波器
• 3.4 波分复用技术
• 3.4.1 波分复用器
• 3.4.2 波分复用器的种类
• 3.5 本章小结
• 第四章 光子晶体光纤滤波器的设计与特性研究
• 4.1 双芯光子晶体光纤滤波器
• 4.1.1 双芯滤波器结构设计
• 4.1.2 双芯滤波器的特性分析
• 4.2 三芯光子晶体光纤滤波器
• 4.2.1 三芯滤波器结构设计
• 4.2.2 仿真结果及性能分析
• 4.3 应用展望
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文与专利