基于泄漏模波导的模式分辨器
发布时间：2020-04-01 18:56
【摘要】：随着互联网的发展,人们对信息的传输容量及速度的要求越来越高,以光纤为代表的光波导也成为了信息传输的主要载体,人们将光的频率、偏振、空间模态分布等信息编码为各式各样的信道信息,通过光波导来进行信号传输。其中提取分辨空间模态分布,优化模式分辨效率具有十分重要的意义。已经存在的可以实现模式分辨最常用的方法有基于终端切割探测的模式分辨技术和基于模式复用的模式分辨技术,但第一种技术会切断光的传输,第二种技术则会减少光能量,使得原有模式无法保持。我们利用泄漏模波导自身能量泄漏的特点设计出的模式分辨器可以同时解决上述问题。本文第二章从有限元研究背景和求解电磁场的算法原理出发,重点介绍了二维求解域上的有限元问题的具体求解步骤,并基于COMSOL软件,使用有限元法模拟出了泄漏模式的模场。第三章通过类比双层束缚模波导本征模式求解方法利用MATLAB软件推导出了w型泄漏模波导模式本征解,并证明了解析解与仿真解的一致性。再根据w型泄漏模波导的泄漏模式特点设计了一款由一个泄漏模波导,两个束缚模波导以及探测器阵列组成的模式分辨器。对于具有不同传播常数的泄漏模式来说,可以用探测器检测相关泄漏角完成模式分辨;对于具有相同传播常数的简并模式来说,可以利用探测器检测泄漏光的能量分布完成模式分辨。该器件可以实现在不破坏初始信号完整性的情况下对光波导中的模态信号进行在线提取和准确分析,这将对光通信未来的发展具有十分重要的推动意义。
【图文】：
已经开始研究泄漏模波导了。1956 年科学家 Marcuvitz 第一次给出了泄漏模式的，并首次把量子力学里的势阱理论运用到泄漏模式的研究中，并说明了泄漏模传播常数为复数[1]。随后的二十多年，Tamir、Oliner 及其同事发表了一系列论泄漏模式可能的性能进行了总结和归纳[2-7]。1961 年，Cassedy 和 Cohn 第一次对模式进行测量，他们证实了当线电流源在接地介质平板上方时泄漏模式是存在。1973 年，Hall 和 Yeh 对一个双层波导进行了研究，该波导包层的折射率比芯高，因此波导中只存在泄漏模式[9]。1975 年，Suematsu 和 Furuya 分析了 w 型波，同时，Kawakami 和 Nishida 创立了 w 型光纤波导理论[11]。后来科学家们运用定理[12-15]和射线光学[15-18]等理论，对特征值方程进行求解[9][11][19-21]，得到了泄漏的衰减系数，泄漏模波导泄漏部分模式的性能也逐渐被大家理解和掌握，并被应用传感和耦合领域[22-24]，还被用于调整装置中的泄漏光角度以控制相关滤波[11][25][26]。
2 基于模式复用的模式分辨技术基于模式复用的模式分辨方法主要运用了空分复用技术，而空分复用技术空间模式作为信息的载体进行信息传输，这一技术已经有很久的历史了。于模式复用的模式分辨方法通过空分复用实现模式的分离提取，再识别。端切割探测的模式分辨技术相比，基于模式复用的模式分辨技术最大的优在识别光学系统中的光学模式的时候，不需要阻断光信号的传输，，可以实的在线模式识别，但会使光能量减少并且无法保持原有的模式[35]。下面对这项技术的几种关键的实现方案进行简单介绍。长周期光栅型模式分辨光纤光栅根据周期性的差异，可以分为两大类，包括长周期光栅和短周期期光栅使用的是少模光纤，可以简单有效地实现模式耦合，由此可以利用栅来完成模式复用结构的设计。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN25
本文编号：2610833
【图文】：
已经开始研究泄漏模波导了。1956 年科学家 Marcuvitz 第一次给出了泄漏模式的，并首次把量子力学里的势阱理论运用到泄漏模式的研究中，并说明了泄漏模传播常数为复数[1]。随后的二十多年，Tamir、Oliner 及其同事发表了一系列论泄漏模式可能的性能进行了总结和归纳[2-7]。1961 年，Cassedy 和 Cohn 第一次对模式进行测量，他们证实了当线电流源在接地介质平板上方时泄漏模式是存在。1973 年，Hall 和 Yeh 对一个双层波导进行了研究，该波导包层的折射率比芯高，因此波导中只存在泄漏模式[9]。1975 年，Suematsu 和 Furuya 分析了 w 型波，同时，Kawakami 和 Nishida 创立了 w 型光纤波导理论[11]。后来科学家们运用定理[12-15]和射线光学[15-18]等理论，对特征值方程进行求解[9][11][19-21]，得到了泄漏的衰减系数，泄漏模波导泄漏部分模式的性能也逐渐被大家理解和掌握，并被应用传感和耦合领域[22-24]，还被用于调整装置中的泄漏光角度以控制相关滤波[11][25][26]。
2 基于模式复用的模式分辨技术基于模式复用的模式分辨方法主要运用了空分复用技术，而空分复用技术空间模式作为信息的载体进行信息传输，这一技术已经有很久的历史了。于模式复用的模式分辨方法通过空分复用实现模式的分离提取，再识别。端切割探测的模式分辨技术相比，基于模式复用的模式分辨技术最大的优在识别光学系统中的光学模式的时候，不需要阻断光信号的传输，，可以实的在线模式识别，但会使光能量减少并且无法保持原有的模式[35]。下面对这项技术的几种关键的实现方案进行简单介绍。长周期光栅型模式分辨光纤光栅根据周期性的差异，可以分为两大类，包括长周期光栅和短周期期光栅使用的是少模光纤，可以简单有效地实现模式耦合，由此可以利用栅来完成模式复用结构的设计。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN25
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 刘超;孙祺;柴雅婷;牟海维;;倾斜光纤光栅周期对其透射谱的影响[J];光学仪器;2014年01期
本文编号：2610833
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