基于微纳光纤环与侧边抛磨光纤耦合的上下载滤波器研究

摘要

在光纤通信领域,光学上下载滤波器是一种重要的全光器件,其功能主要为,从传输光路中选择性地上载和下载本地所接收和发送的一些特定波长信道,同时又不至于影响其它波长信道的传输。为了更好地实现全光通信,人们往往需要结构更简单,体积更小,性能更稳定的光学器件,而基于侧边抛磨光纤与微纳光纤环耦合的光学上下载滤波器正好具备了此特性,其中的微纳光纤环具有结构简单、功能强、体积小等优点。近来各种微纳光纤器件相续被报道,使基于微纳光纤的光学系统成为可能,但微纳光纤系统与常规光纤系统的连接问题是微纳光纤系统的应用瓶颈之一。在实际应用中,微纳光纤系统需与常规光纤(通信或传感)系统相连,因而微纳光纤系统与常规光纤系统间的有效耦合技术成为微纳光纤系统应用的关键技术之一。由于基于侧边抛磨光纤与微纳光纤环耦合的光学上下载滤波器不需额外设计微纳光纤与标准光纤耦合的光学器件,因此其为微纳光纤系统与现有的光纤系统的互连提供了一种更简洁有效的解决方案。
　　本文首先在实验上制备了不同参数的微纳光纤环,提出了酒精灯加热手工拉制和步进电机机械拉制微纳光纤环的新方法。先利用手工拉制的方法得到长度为20~100 mm、直径为1～5μm、均匀度优的微纳光纤,然后利用步进电机驱动的三维平移台将拉制出的微纳光纤打结成环,该方法中由于微纳光纤环的环直径可以由步进电机精确调节,因此环的谐振频率具有很大的可控性。利用该方法成功制作出微纳光纤直径为1～5μm、环直径为100~900μm的不同参数的微纳光纤环,测试光谱表明其均具有良好的谐振特性。由于环的输入与输出端口均为标准单模光纤的尾纤,因此基于该方法制得的微纳光纤环的器件具有易于制作微纳光纤器件的优点。其次是利用侧边抛磨光纤抛磨区消逝场区域可控的特性,演示了基于微纳光纤环与侧边抛磨光纤耦合的上下载滤波器。实验结果表明这种滤波器件不仅能实现两种光纤系统的互连耦合,并且能实现两系统间的上下载滤波功能。下载输出端消光比最大可达7.5 dB,上载输出端消光比最大可达4.8 dB。此外,本文进一步通过实验及数值仿真研究了不同环直径对两种光纤系统耦合的影响。实验和数值模拟研究结果都表明在微纳光纤直径为6μm的情况下,当微纳光纤环直径为580μm时,微纳光纤环与侧边抛磨光纤的耦合达到最大,同时此耦合对环Q值与精细度的影响也达到最小。
　　该研究工作创新之处在于:
　　1.提出一套利用酒精灯加热手工拉制和步进电机机械拉制微纳光纤环的新方法。
　　2.首次实现了微纳光纤环与侧边抛磨光纤的耦合,并且得到了二者的共振谱线。
　　3.成功实现了基于微纳光纤环与侧边抛磨光纤耦合的上下载滤波。

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中文摘要

英文摘要

Key words: Micro-nano Fiber; Micro-nano Fiber Ring; Side Polished Fiber;Optical Add-Drop Filter;Optical Coupling;

目录

第1章 绪论

1.1课题研究的意义及目的

1.2国内外研究现状

1.3本文主要内容

第2章 微纳光纤环与侧边抛磨光纤概述

2.1微纳光纤环的基本谐振理论及性能参数

2.2侧边抛磨光纤的介绍

2.3本章小结

第3章 微纳光纤环的制备与特性测试

3.1微纳光纤环的制备

3.2微纳光纤环的特性测试

3.3本章小结

第4章 微纳光纤环与侧边抛磨光纤耦合的上下载滤波器

4.1器件原理与装置

4.2器件制作

4.3结果与分析

4.4本章小结

第5章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

在校期间发表学术论文及科研成果清单

后记