高双折射光子晶体光纤偏振器件的优化设计及性能分析

发布时间：2022-02-20 13:58

　　光子晶体光纤具有结构灵活可调和高双折射的特性,利用它研制的新型偏振器件能够克服基于传统光纤的偏振器件存在的器件长度长、工作带宽窄等缺陷。本文利用有限元方法模拟了光在光子晶体光纤中传输时的模场分布、损耗和双折射特性。结合模式耦合理论,优化了光子晶体光纤的结构,分析了光子晶体光纤偏振滤波器和偏振分束器的性能。主要研究内容如下:首先,在y方向孔间距被压缩的菱形结构光子晶体光纤的芯区附近填充纳米金层,研究了孔间距和金层厚度的变化对两个正交偏振方向的表面等离子体共振波长的影响。通过改变孔间距和金层厚度,将y方向的共振波长调节到1550 nm通信窗口,实现了该窗口附近的单模单偏振滤波。其次,改变由大小两种空气孔垂直交叉排列的正方形结构光子晶体光纤的结构参数,研究了两种空气孔的直径变化对损耗曲线的影响。对比四组不同孔径的光纤传输特性,通过合理选择光纤参数,获得了1550 nm低损耗光子晶体光纤偏振滤波器。再次,改变金层填充的双芯光子晶体光纤的结构参数,研究了气孔的直径、间距和金层厚度变化对两个正交偏振方向的耦合长度及耦合长度的比值的影响。根据仿真结果优化光纤的结构,获得了菱形结构光纤1550 nm宽... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：109 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 光子晶体光纤简介
        1.1.1 光子晶体光纤的概念
        1.1.2 光子晶体光纤的制备方法
    1.2 光子晶体光纤的特性
        1.2.1 无尽单模传输特性
        1.2.2 色散可调节特性
        1.2.3 高双折射特性
        1.2.4 高非线性特性
    1.3 高双折射光子晶体光纤的研究进展
    1.4 高双折射光子晶体光纤偏振耦合器件的研究进展
        1.4.1 光子晶体光纤偏振滤波器的研究进展
        1.4.2 光子晶体光纤偏振分束器的研究进展
    1.5 论文的主要工作
第2章 光子晶体光纤的理论研究基础和数值模拟方法
    2.1 电磁场理论
        2.1.1 麦克斯韦方程组
        2.1.2 光纤中的传播模式
        2.1.3 单模条件
    2.2 数值研究方法
        2.2.1 有限元法
        2.2.2 边界条件
    2.3 模式耦合理论
        2.3.1 耦合模方程
        2.3.2 强耦合与弱耦合
        2.3.3 周期性耦合
    2.4 本章小结
第3章 金填充光子晶体光纤偏振滤波器
    3.1 偏振滤波器的基础理论
    3.2 气孔菱形排列的单芯光子晶体光纤偏振滤波器
        3.2.1 气孔菱形排列的单芯光子晶体光纤结构设计
        3.2.2 1550nm偏振滤波器的优化设计
        3.2.3 1550nm偏振滤波器的性能分析
    3.3 气孔正方形排列的单芯光子晶体光纤偏振滤波器
        3.3.1 气孔正方形排列的单芯光子晶体光纤结构设计
        3.3.2 1550nm偏振滤波器的优化设计与性能分析
        3.3.3 1310nm偏振滤波器的优化设计与性能分析
    3.4 本章小结
第4章 金填充的光子晶体光纤偏振分束器
    4.1 偏振分束器的基础理论
    4.2 气孔菱形排列的双芯光子晶体光纤宽带偏振分束器
        4.2.1 气孔菱形排列的双芯光子晶体光纤结构设计
        4.2.2 1550nm偏振分束器的优化设计
        4.2.3 1550nm偏振分束器的性能分析
    4.3 D型金层填充的光子晶体光纤窄带偏振分束器
        4.3.1 D型金层填充的光子晶体光纤结构设计
        4.3.2 1310nm分束器的优化设计与性能分析
    4.4 本章小结
第5章 矩型双芯光子晶体光纤偏振分束器
    5.1 偏振分束器的插入损耗
    5.2 矩型金层填充双芯光子晶体光纤偏振分束器
        5.2.1 矩型金层填充双芯光子晶体光纤结构设计
        5.2.2 1550nm偏振分束器的优化设计
        5.2.3 1550nm偏振分束器的性能分析
    5.3 矩型椭圆气孔双芯光子晶体光纤1550nm偏振分束器
        5.3.1 矩型椭圆气孔双芯光子晶体光纤结构设计
        5.3.2 1550nm偏振分束器的优化设计
        5.3.3 1550nm偏振分束器的性能分析
    5.4 矩型椭圆气孔双芯光子晶体光纤1310nm偏振分束器
        5.4.1 椭圆孔短轴长度调制耦合长度比
        5.4.2 1310nm偏振分束器的性能分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Ultra-broadband polarization splitter based on graphene layer-filled dual-core photonic crystal fiber[J]. 邹辉,熊慧,张云山,马勇,郑加金.  Chinese Physics B. 2017(12)
[2]高双折射低有效模场面积SF57软玻璃光子晶体光纤设计（英文）[J]. 姜凌红,郑义,侯蓝田,彭继迎,郑凯.  红外与毫米波学报. 2014(03)
[3]超短双芯光子晶体光纤偏光分束器[J]. 冯睿娟,娄淑琴,鹿文亮,王鑫.  红外与激光工程. 2014(02)
[4]六角点阵蜂窝状包层光子晶体光纤中的高双折射负色散效应[J]. 许强,苗润才,张亚妮.  物理学报. 2012(23)
[5]新型矩形点阵光子晶体光纤的高双折射负色散效应[J]. 张亚妮.  物理学报. 2010(12)
[6]耦合模理论及其在光纤光学中的应用[J]. 钱景仁.  光学学报. 2009(05)
[7]基于谐振耦合现象的三芯光子晶体光纤偏振分束器[J]. 文科,王荣,汪井源,李建华.  中国激光. 2008(12)



本文编号：3635190