基于光子晶体光纤的偏振分束器特性研究

论文摘要

科技发展增加了人们对信息的需求,传统通信已经远远不能满足人们对现在生活的各种要求。目前通信技术正以大容量、高速率的方向发展,如何进一步扩大通信容量、提高通信速率是目前的首要任务,而全光网络通信具有超大容量和超高速率的特点成为解决这一问题的新兴技术之一。全光网络需要高性能的光学器件支撑,偏振分束器是全光网络中重要的光器件之一。本文正是在这样的背景下对基于光子晶体光纤偏振分束器的特性进行了研究,利用模式耦合理论和全矢量有限元法分别研究了不同结构参数和不同基质材料对偏振分束器耦合长度、消光比、带宽等性能的影响,通过对不同结构参数的优化完成以下三种高性能偏振分束器的设计:1.研究了一种基于二氧化硅的双芯光子晶体光纤偏振分束器,采用模式耦合理论知识和有限元法研究了不同结构参数对光子晶体光纤偏振分束器特征的影响,通过对结构参数的优化,设计出了性能优良的偏振分束器。结果显示:当入射光波长是1.55?m时,分束器的长度是384.425?m,消光比是-115.802dB,且当消光比小于等于-20dB时带宽是160nm,对应的波长范围是1.511.67?m,覆盖了S波段、C波段、L波段,在相干光通信系统以及微纳光学领域都有重要的应用。2.研究了一种基于碲玻璃的五椭圆双芯光子晶体光纤偏振分束器,通过利用在纤芯中引进五个椭圆的方式打破了结构的对称性进而获得高双折射特征。使用全矢量有限元方法和模式耦合理论系统的分析了结构中不同参数值对偏振分束器特征的影响,通过优化结构参数结果表明:分束器长度是105.156?m,消光比是124.920dB,且当消光比大于等于20dB时对应的带宽是165nm。覆盖的波长范围是1.4671.632?m。同时当结构参数在（1±0.5%）范围内变化时,该偏振分束器的特性仍然良好。3.设计了一种基于碲玻璃的超短双芯光子晶体光纤偏振器,利用有限元法和模式耦合理论系统的分析了结构参数对偏振分束器特征的影响。同时分析了在相同结构参数下基质材料是二氧化硅时偏振分束器的特征,通过对不同结构参数的优化结果表明:基质材料是碲玻璃时分束器长度是89.05?m,消光比是107.21dB,且当消光比大于等于20dB时对应的带宽是150nm,覆盖的波长范围是1.4731.623?m,容错能力是±1.7%;基质材料是二氧化硅时分束器长度是360?m,消光比是-39.21dB,且当消光比小于-20dB时对应的带宽是16nm。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 光子晶体光纤概述
•     1.2.1 光子晶体光纤分类
•     1.2.2 光子晶体光纤制备
•     1.2.3 光子晶体光纤特性
•   1.3 光子晶体光纤偏振分束器概述及研究现状
•   1.4 论文的研究内容和工作安排
• 第2章 光子晶体光纤的理论研究基础与建模原理
•   2.1 光子晶体光纤的理论研究方法
•     2.1.1 等效折射率法（EIM）
•     2.1.2 平面波展开法（PWM）
•     2.1.3 光束传播法（BPM）
•     2.1.4 多级法（MM）
•     2.1.5 正交函数展开法（OHE）
•     2.1.6 时域有限差分法（FDTD）
•     2.1.7 有限元法（FEM）
•   2.2 全矢量有限元法
•     2.2.1 全矢量有限元法基本原理
•     2.2.2 完美匹配层的边界条件
•     2.2.3 COMSOL Multiphysics软件的介绍
•   2.3 总结
• 第3章 基于石英玻璃的双芯光子晶体光纤偏振分束器特性研究
•   3.1 双芯光纤的模式耦合理论
•   3.2 衡量光子晶体光纤偏振分束器性能指标
•   3.3 基于二氧化硅双芯光子晶体光纤偏振分束器特性研究
•     3.3.1 结构设计与参数设置
•     3.3.2 结构参数对耦合特性的影响
•     3.3.3 偏振分束器特性分析
•     3.3.4 小结
•   3.4 总结
• 第4章 基于碲玻璃的双芯光子晶体光纤偏振分束器特性研究
•   4.1 基于碲玻璃的五椭圆空气孔双芯光子晶体光纤偏振分束器特性研究
•     4.1.1 结构设计与参数设置
•     4.1.2 结构参数对耦合特性的影响
•     4.1.3 偏振分束器特性分析
•     4.1.4 小结
•   4.2 基于碲玻璃的超短双芯光子晶体光纤偏振分束器特性研究
•     4.2.1 结构设计与参数设置
•     4.2.2 结构参数对耦合特性的影响
•     4.2.3 偏振分束器特性分析
•     4.2.4 小结
•   4.3 总结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 石文娟

导师: 贺锋涛

关键词: 光子晶体光纤,偏振分束器,模式耦合,全矢量有限元,耦合长度

来源: 西安邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,电信技术

单位: 西安邮电大学

分类号: TN253;TN929.1

总页数: 79

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