二维逆矩阵法测量不对称介质光波导的折射率

论文摘要

随着光通信技术的迅猛发展,以介质光波导为传输媒质的研究飞速发展。从第一套光纤通信设备投入商用市场以来,光纤通信以强有力的发展势头跻身于组建现代通信网三大支撑网之一。据估算,光纤本身固有带宽极大,传输速率可高达40G bit /s,然而现在应用的带宽极小,因而继续探索新技术使之成为超大容量,超长传输距离的新一代传输系统。为了构建色散移位光纤(DSF)、掺铒光纤放大器(EDFA)和波分复用器(WDH)相结合的新一代传输系统,研究光波导的传输结构、传输特性和耦合特性就成为必要。而这些特性研究的基础就是介质光波导折射率的分布。考虑到工艺上各种因素导致波导的不对称性,发展一种简便且能测量具有不对称结构波导的折射率就变得更有意义。鉴于上述考虑,本文提出一种新的测量不对称结构波导折射率的方法,即二维逆矩阵方法。并分别以单模光纤和条形波导为例给予证明。利用红外CCD通过近场采集光斑、系统分析光斑,再利用二维有限差分方程构造二维逆矩阵来计算不对称波导的折射率。最终证明结合近场分析的二维逆矩阵法可以用来测量不对称波导的折射率,且这种方法快捷,简单,能获得更直观的二维折射率分布图。且为折射率的测量又添一个新的方法,同时弥补了一些传统方法运算量大、难于求解、精度不高等缺点,且不需要再假设波导具有不对称结构、均匀性等苛刻条件。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 集成光学发展的历史及现状
• 1.2 集成光学研究的发展前景
• 第二章 介质光波导的概述
• 2.1 平面介质光波导理论分析
• 2.1.1 平面介质光波导的射线分析法
• 2.1.2 平面介质光波导的电磁理论分析
• 2.2 圆形介质光波导理论分析
• 2.2.1 阶跃折射率分布光纤的分析法
• 2.2.2 渐变折射率分布光纤的分析法
• 2.3 条形介质光波导理论分析
• 2.3.1 条形介质光波导正规模近似分析
• 2.3.2 条形介质光波导圆谐函数分析法
• 第三章 测量折射率分布的方法
• 3.1 几种传统的方法
• 3.2 最新的几种方法
• 第四章 利用有限差分构造二维逆矩阵
• 4.1 差分运算的基本概念
• 4.2 二维场的拉普拉斯方程与泊松方程的差分格式
• 4.3 利用一维有限差分方法构造折射率曲线矩阵
• 4.4 利用二维有限差分方法构造折射率曲线矩阵
• 4.5 二维逆矩阵的数学处理方法
• 第五章 介质光波导折射率的测量
• 5.1 近场测量波导出射端面光强的实验过程
• 5.1.1 系统测试的设计
• 5.1.2 图像拍摄处理软件的设计
• 5.2 测量结果与分析
• 5.2.1 以光纤为例测量结果
• 5.2.2 以光纤为例结果分析
• 5.2.3 以条形波导为例测量结果与分析
• 论文总结
• 参考文献
• 硕士期间发表论文情况
• 中文摘要
• 英文摘要
• 致谢
• 导师及作者简介