熔融拉锥光纤耦合器特性的研究

发布时间：2017-03-27 19:13

  本文关键词：熔融拉锥光纤耦合器特性的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着光纤通信技术的快速发展,光纤器件在光通信领域的应用越来越广泛,其中熔锥型光纤耦合器已经成为应用最广泛的光纤无源器件。就其各项特性指标而言熔锥型光纤耦合器也是最具代表性的一类器件。为满足不断发展的光纤通信行业的需求,光纤耦合器正在朝多功能,高性能的方向发展。因此,对各类光纤耦合器的性能的探究是十分必要的,通过对光纤耦合器件特性的分析,总结出不同类型的光纤耦合器的性能特点,可以进一步优化器件的性能,为设计更多类型的耦合器产品打下基础。首先本文对单根光纤的结构及光在光纤中的传输特性,光纤耦合器的常用的加工制作方法,熔锥型光纤耦合器的类型及其常用的理论分析方法做了全面的概述。介绍了光纤的结构特点及光束在光纤中的传输原理。并对光纤耦合器的制作方法,包括腐蚀法、抛磨法及熔融拉锥法做了介绍。其中熔融拉锥法因其成本低,操作简单,易于控制,制作的耦合器性能优异等优势,得到国内外广大厂商的青睐,此种加工方法应用最为广泛,文中对熔融拉锥系统做了较为详细的描述。对通过熔锥法制作的对称型及非对称型耦合器做了简单介绍。并讲述了研究光纤耦合器的几种方法,包括耦合模理论,有限元法和光束传播法。其中光束传播法由于其计算准确,占用空间小,计算时间少等优点而应用与波导中光传输的分析。本文就是利用此种方法对耦合器的特性做出探究。然后,文中利用耦合模理论对普通光纤耦合器的分光比进行了分析,说明了耦合模理论的复杂性。基于熔融拉锥光纤耦合器在拉锥过程中光纤锥形的渐变特性和光纤之间熔融度的变化特点,结合熔融拉锥过程中两光纤间熔融度变化特点,构建了光纤耦合器在拉制过程中波导结构的变化模型。并首次利用光束传播法原理对普通光纤耦合器拉锥过程进行数值模拟,得到了耦合器输出光功率随拉伸长度的变化规律以及耦合器的能量分布图,并得到了耦合器在拉伸过程中的损耗曲线。分析可得拉伸长度的增加和熔融度增大,都会使光纤之间的耦合效应越显著。并通过实验方法制作光纤耦合器并实时监测耦合器制作过程中分光比变化特性,实验得出的曲线结果同仿真结果高度一致,验证了理论仿真的正确性,并且还表明不同的拉制条件会影响光纤间熔融度的大小,氢气流量大,拉伸速度小,光纤熔融度就大。通过对不同拉伸长度的耦合器模拟计算得到的光场分布,可看出拉伸长度不大时,锥形区的耦合可以忽略；随着拉伸长度的增加,光纤变细,锥形区的耦合效应变得越来越明显；同时光场也逐渐由纤芯向外发散,由此会产生附加损耗。最后,介绍了非对称熔锥型光纤耦合器可以展宽带宽的原理。依据宽带耦合器的结构特点建立熔锥型宽带耦合器即非对称光纤耦合器模型。并利用光束传播法对此分别对不同直径比,熔融度的模型进行仿真计算,得出了非对称光纤耦合器随拉伸长度的分光比变化曲线及损耗曲线,并计算得出带宽曲线。结果显示,与对称型光纤耦合器分光比特性不同的是两光纤间能量产生了不完全转换,且两光纤间直径偏差大小会影响分光比特性,通过对其带宽特性的仿真发现非对称结构可以增加其带宽。熔融度变化大的耦合器其损耗会多一些。因此直径比及熔融度大小会影响此类耦合器的带宽特性。通过对这些特性的分析发现在制作宽带耦合器是要注重光纤的预拉伸长度及火焰大小,拉伸速度的设定,及对光纤预拉伸长度的控制。这些不仅会影响光纤耦合器的带宽,也会使其损耗增多。本文中将实验与仿真相结合,找出影响耦合器性能的制作工艺参数,这对耦合器的实际加工制作具有指导意义。
【关键词】：熔锥型光纤耦合器 光束传播法 分光比 损耗 带宽
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN253
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章：绪论9-13
• 1.1、光纤耦合器概述9
• 1.2、光纤耦合器的发展及应用9-10
• 1.2.1、光纤耦合器的发展9-10
• 1.2.2、光纤耦合器的应用10
• 1.3、熔锥型光纤耦合器特性的研究背景10-11
• 1.4、本课题主要内容和创新点11-13
• 1.4.1、研究的主要内容11
• 1.4.2、创新点11-13
• 第二章：光纤耦合器的制作与研究方法13-23
• 2.1、光纤的结构及光束在光纤中的传输13-14
• 2.1.1、光纤的结构13
• 2.1.2、光束在光纤中的传输13-14
• 2.2、光纤耦合器的制作方法14-15
• 2.2.1、腐蚀法14
• 2.2.2、抛磨法14-15
• 2.2.3、熔融拉锥法15
• 2.3、熔锥型光纤耦合器15-17
• 2.3.1、对称熔锥型光纤耦合器15-16
• 2.3.2、非对称熔锥型光纤耦合器16-17
• 2.4、光纤耦合器特性17
• 2.4.1、分光比17
• 2.4.2、附加损耗17
• 2.4.3、带宽特性17
• 2.5、对光纤耦合器的研究方法17-21
• 2.5.1、耦合模理论17-18
• 2.5.2、有限元法18
• 2.5.3、光束传播法18-21
• 2.6、本章小结21-23
• 第三章：对称熔锥型光纤耦合器的仿真与实验研究23-36
• 3.1、对称型光纤耦合器的耦合模分析23-24
• 3.2、对称型光纤耦合器的熔融度及模型24-27
• 3.3、数值模拟和分析27-32
• 3.3.1、分光比特性27-32
• 3.4、制作光纤耦合器并探究其特性32-34
• 3.5、仿真模拟与实验结果的对比34
• 3.6、本章小结34-36
• 第四章：非对称熔锥型光纤耦合器的模拟仿真36-47
• 4.1、非对称熔锥型光纤耦合器理论分析36-37
• 4.2、非对称熔锥型光纤耦合器模型37-39
• 4.3、BPM仿真模拟39-45
• 4.3.1、分光比39-41
• 4.3.2、损耗特性及耦合器中的能量分布特点41-43
• 4.3.3、带宽特性43-45
• 4.4、两种光纤耦合器特性的对比45
• 4.5、本章小结45-47
• 主要结论与展望47-49
• 主要结论47
• 展望47-49
• 致谢49-50
• 参考文献50-53
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文53

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本文编号：270920