基于双芯光子晶体光纤的多模式选择性耦合转换器研究

发布时间：2020-04-13 16:48

【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,模式选择性壀合器可以在波长为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。
【图文】：

少模光纤,空分复用,多模光纤,光纤

逑空分复用是期望通过借助空间维度提升通信容量的一种复用技术，可以运用逡逑于光纤通信。在光纤通信系统中，按照图１－１传输光纤的不同，空分复用技术主逡逑要可被分为两种类型：一类是依靠多芯光纤的多路传输技术［１１］，另一类是基于多逡逑模或少模光纤的模分复用［１２－０。其中，基于少模光纤的模分复用技术获得了科研逡逑者的广泛关注，成为光通信领域中重要的研宄方向。逡逑（ａ）逦（ｂ）逦（ｃ）逦（ｄ）逡逑图１－１空分复用中光纤类型：（ａ）普通多芯光纤，（ｂ）少模光纤，（ｃ）多模光纤，（ｄ）逡逑各纤芯支持少模的多芯光纤逡逑模分复用是空分复用的一种实现方法［１４］。在模分复用系统中，一般是基于少逡逑模或多模光纤，借助不同模式传送信息，所以能够极大提升光纤的传输容量。成逡逑本低廉、系统简单等优点使得模分复用成为光通信领域的研宄热点，面对可预见逡逑的通信容量危机

光子晶体光纤,纤芯,包层,折射率

光子晶体光纤是一种新型光纤［１９＿２（）］，一般也被认为是多孔光纤（ＨＦ：邋Ｈｏｌｅｙ逡逑Ｆｉｂｅｒ），其基于光子晶体理论所产生。第一根光子晶体光纤是在１９９６年由Ｒｕｓｓｅｌｌ逡逑等人所提出Ｐ１］，图１－２为各类光子晶体光纤结构示意图。逡逑＿媝逡逑图１－２各类光子晶体光纤图示逡逑光子晶体光纤通常由纤芯、包层和折射率均匀的基底一同组成。其中，包层逡逑是由空气孔构成，这些空气孔按一定规律或随机排列，，基底一般为二氧化硅材料，逡逑纤芯由空气孔包层围成。光子晶体光纤的纤芯折射率通常来说和基底的折射率是逡逑一致的，但也可以结合具体实际应用的需求对其重新设定，纤芯的结构和空气孔逡逑的尺寸、分布、孔间距等物理参数在一定程度上都会影响其传输特性。逡逑光子晶体光纤起初被运用于通信领域时，研宄人员设计了多种具有不同结构逡逑和特性的光学器件，诸如常见的模分复用器、窄带滤波器、光信号转换器、放大逡逑器等，模式的独特控制方式和导波模式受到了研究界的广泛关注。与普通光纤比逡逑较，光子晶体光纤在某些方面有着天然的优势，例如，结构小巧便于集成，良好逡逑３逡逑
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN253

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