基于双芯光子晶体光纤的多模式选择性耦合转换器研究

论文摘要

在模分复用光通信系统中,模式转换是构建模分复用系统的重要环节。本论文借助光子晶体光纤独特的光学特性及灵活的设计结构等优点,提出了基于非对称双芯光子晶体的模式选择性耦合转换器,并且利用模式耦合理论以及光束传播法,分析讨论了该模式选择性耦合转换器中基模与高阶模的转换、相关独特带宽特性及制作工艺产生的误差。本论文的主要研究内容可以分为以下几方面:1.提出了一种基于混合双芯光子晶体的模式选择性耦合转换器。本文研究表明,选择适当的光子晶体光纤结构参量,模式选择性親合器可以在波长为1550nm时,实现基模向更多高阶模式的转换,并且耦合转换效率达到了95%以上,从而大大提高光纤传输系统的传输容量,满足了网络流量的快速增加对传输容量的需求。2.研究了该模式选择性耦合器中包层掺锗率的合理性,通过对非对称双芯光子晶体光纤结构进行合理调整,可以显著降低此非对称光子晶体光纤右侧纤芯包层的折射率,其低掺杂率为工程应用提供了有效的参考。3.多方面论证了该非对称双芯结构的多模式选择性耦合器中纤芯之间的介质孔大小、填充折射率位置等因素对波长带宽特性的重要影响,通过改变其中一个或几个因素,能够得到较为独特的波长带宽特性。研究表明该耦合转换器所能实现的最小带宽可达2nm,窄带宽的模式耦合器可以滤除特定的波长实现窄带滤波的效果。4.探讨了工艺误差对该混合光子晶体光纤模式转换器性能方面的影响,所得结论将为光纤制作和误差控制范围提供参考依据,同时,可以加快新型光纤以及相关模分复用系统的实用化进程,进一步促进光纤通信容量的提升。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 空分复用技术
•   1.3 基于光子晶体光纤的模式耦合转换器介绍
•     1.3.1 光子晶体光纤介绍
•     1.3.2 基于光子晶体光纤的模式耦合转换器研究进展
•   1.4 论文的创新点
•   1.5 论文的结构安排及主要工作
• 第二章 基本理论与数值分析方法
•   2.1 光子晶体光纤设计
•     2.1.1 结构选型
•     2.1.2 模式特征
•     2.1.3 双芯耦合器设计
•   2.2 数值分析方法
•     2.2.1 有效折射率法
•     2.2.2 矢量有限元法
•     2.2.3 光束传播法
•   2.3 本章小结
• 第三章 模式耦合转换器设计及转换特性分析
•   3.1 模式耦合转换器的结构设计
•   3.2 双芯光子晶体光纤中的模式耦合
•     3.2.1 双芯光纤的耦合模理论
•     3.2.2 各模式奇偶模实现与特性分析
•   3.3 基于混合双芯光子晶体光纤的模式耦合器模式研究
•     3.3.1 各模式的奇模与偶模有效折射率与包层折射率变化关系
•     3.3.2 高阶模与基模的模场转换分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 基于双芯光子晶体光纤模式耦合器的波长带宽特性研究
•   4.1 模式耦合器带宽影响因子
•   4.2 混合机制的双芯光子晶体光纤带宽研究
•     4.2.1 纤芯间介质孔掺锗率对耦合器带宽的影响
•     4.2.2 纤芯间介质孔大小对耦合器带宽的影响
•     4.2.3 纤芯间介质孔位置对耦合器带宽的影响
•   4.3 工艺误差对双芯光子晶体光纤模式耦合转换器的性能影响
•     4.3.1 光子晶体制备工艺
•     4.3.2 空气柱大小变化对耦合转换器性能影响
•     4.3.3 基于双芯光子晶体光纤模式耦合转换器的实际应用
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 缩略词索引
• 致谢
• 攻读学位期间取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 胡启航

导师: 高立

关键词: 模分复用,双芯光子晶体光纤,模式耦合,模式转换器

来源: 北京邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 北京邮电大学

分类号: TN253

总页数: 57

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