新型寬帶光子晶體光纖的設(shè)計與制作研究.pdf

1、隨著現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)向超高速率超大容量全光網(wǎng)絡(luò)的演進，支撐光通信網(wǎng)的各種關(guān)鍵器件的性能急需提升。新材料、新結(jié)構(gòu)研究是創(chuàng)新實現(xiàn)高速率、低成本、低功耗寬帶全光器件的有效途徑。
　　本論文基于光子晶體光纖(Photonic crystal fiber，PCF)結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活、實現(xiàn)特性可控等優(yōu)異特性，結(jié)合國家自然科學基金項目“系列超寬帶雙芯光子晶體光纖及其相關(guān)器件的研究”以及國家973計劃項目“面向光路交換網(wǎng)絡(luò)的光纖器件理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”，針對超

2、高速率超大容量全光網(wǎng)絡(luò)對寬帶全光器件的需求，在寬帶偏振無關(guān)雙芯PCF、單偏振單模PCF的設(shè)計和制作等方面進行了深入的理論和實驗研究。取得的主要創(chuàng)新成果有:
　　1.根據(jù)實際光子晶體光纖制作及特性分析的需求，首次將數(shù)字圖像處理技術(shù)和全矢量有限元方法相結(jié)合，提出了用于光子晶體光纖制作過程的光纖特性快速分析模型，實現(xiàn)了對PCF實際制作過程中的樣品進行近實時監(jiān)測，有效地減小了典型工藝缺陷對光纖特性的影響，減小了所研制PCF特性與設(shè)計的偏離

3、。以兩種商用光子晶體光纖為例，驗證了該方法的正確性。并將該方法應(yīng)用于輔助光纖拉制，提高光子晶體光纖的制作效率和成品率。
　　2.提出一種寬帶偏振無關(guān)雙芯PCF。在研究光纖結(jié)構(gòu)對其寬帶特性和偏振無關(guān)特性影響規(guī)律的基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，所獲得的PCF模場面積與普通單模光纖模場面積匹配，兩芯區(qū)被中心調(diào)制區(qū)有效分離，為光纖耦合器的研制提供了便利?；谠揚CF設(shè)計了分光比分別為50∶50和90∶10的兩種光纖定向耦合器，在覆蓋整個光通信波

4、段的1.225-1.675μm寬帶波長范圍內(nèi)分別實現(xiàn)了分光比誤差小于1％、偏振態(tài)間誤差小于0.5％和分光比誤差小于0.2％、偏振態(tài)間誤差小于0.1％的優(yōu)良性能。
　　3.從制作可行性和應(yīng)用角度出發(fā)，采用小空氣孔線陣結(jié)構(gòu)代替橢圓形空氣孔，提出一種具有較高制作可行性的寬帶偏振無關(guān)雙芯PCF。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計可以在波長1.26-1.625μm范圍內(nèi)實現(xiàn)波長無關(guān)和偏振無關(guān)特性，基于該光纖設(shè)計的50∶50和90∶10光纖定向耦合器在整個工作帶寬

5、內(nèi)具有分光比誤差分別小于1％和0.2％、兩偏振態(tài)間誤差均小于0.2％的優(yōu)良特性。并對該光子晶體光纖進行了制作研究，實驗表明這種采用小空氣孔線陣結(jié)構(gòu)代替橢圓形空氣孔的設(shè)計方案是可行的。
　　4.基于諧振耦合理論，提出一種實現(xiàn)單偏振單模的PCF新結(jié)構(gòu)，可在0.8-1.8μm波長范圍內(nèi)實現(xiàn)單偏振單模特性，工作帶寬可達1000nm，在工作帶寬內(nèi)低損耗芯區(qū)的限制損耗低于1dB/km，而高損耗芯區(qū)的限制損耗高達100dB/km，其傳輸模場呈類

6、高斯型分布，在波長1.55μm處與單模光纖直接接續(xù)時的模場失配損耗僅有0.0079dB，在實際應(yīng)用中，易于與普通光纖實現(xiàn)低損耗接續(xù)。
　　5.提出并研制出一種矩形空氣孔排布的單偏振單模PCF。基于模式截止法，設(shè)計出矩形空氣孔排布的單偏振單模PCF，并首次成功研制，可在覆蓋全光通信波段的1.3-1.7μm波長范圍內(nèi)實現(xiàn)單偏振單模傳輸，低損耗偏振態(tài)限制損耗約為0.01dB/km，高損耗偏振態(tài)限制損耗約為100dB/km。通過實際PCF