單模單偏振光纖耦合器的研究.pdf

1、隨著光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展，信息的傳輸速率在過(guò)去的十幾年中得到了極大的提高，人們對(duì)信息的需求也進(jìn)一步擴(kuò)大，要想進(jìn)一步使傳輸速率取得突破，必須采用光的時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用、頻分復(fù)用等復(fù)用技術(shù)，來(lái)建立具有強(qiáng)大信息傳輸能力的全光網(wǎng)，而這些技術(shù)都離不開(kāi)光耦合技術(shù)。光纖耦合器作為一種可以完成光的傳輸、耦合、分束以及干涉功能的重要無(wú)源光器件，在光纖傳感以及信號(hào)處理等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，對(duì)其性能的要求也越來(lái)越高，隨著傳統(tǒng)保偏光纖耦合器發(fā)展的越發(fā)成熟

2、，基于偏振分離的單模單偏振光纖耦合器的發(fā)展引起了越來(lái)越多的關(guān)注。
　　本文通過(guò)對(duì)以往各種光纖耦合器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，提出了一種基于纖芯的幾何非對(duì)稱(chēng)性來(lái)引入雙折射的光纖模型，首先通過(guò)在中間纖芯加入橢圓空氣孔可以獲得足夠高的雙折射，再利用兩側(cè)纖芯與中間纖芯在某個(gè)偏振態(tài)上的有效折射率匹配以使得該偏振態(tài)的功率發(fā)生轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)偏振分離。在理論模型的基礎(chǔ)上，利用全矢量有限元法，運(yùn)用Comsol Multiphysics和Matlab對(duì)光纖耦

3、合器的模場(chǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算，并運(yùn)用耦合模理論和超模理論對(duì)其進(jìn)行分析，得到其有效折射率、耦合長(zhǎng)度等特性參數(shù)，并研究了這些光纖特性參數(shù)與偏振分離特性的關(guān)系，從消光比方面對(duì)其單偏振特性以及工作帶寬進(jìn)行了討論，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該光纖耦合器在工作波長(zhǎng)λ=1550 nm（±1nm）附近的范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)耦合長(zhǎng)度Lc=182mm距離的傳輸，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩側(cè)纖芯的窄帶單模單偏振傳輸，消光比最高分別可達(dá)65 dB和35 dB。在此基礎(chǔ)上，本文還提出一種用矩形金屬芯代替帶

4、有橢圓空氣孔纖芯的單模單偏振光纖耦合器設(shè)計(jì)方案，利用矩形金屬芯幾何結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱(chēng)性和表面產(chǎn)生的等離子體來(lái)引入雙折射，實(shí)現(xiàn)偏振分離?；谌噶坑邢拊?，利用超模理論對(duì)這一模型的模場(chǎng)特性進(jìn)行分析，給出實(shí)現(xiàn)偏振分離不同偏振態(tài)耦合長(zhǎng)度的最佳比值，并先后從纖芯間不同偏振方向上的功率轉(zhuǎn)移情況和消光比方面，對(duì)其耦合長(zhǎng)度以及單偏振特性進(jìn)行了討論。研究發(fā)現(xiàn)，該光纖耦合器經(jīng)過(guò)耦合長(zhǎng)度Lc=36.9 mm的傳輸后，可以在在工作波長(zhǎng)1546-1553 nm范圍內(nèi)