普通拉锥光纤及其优化光纤环镜滤波器特性研究

摘要

拉锥光纤是光波导学的一个重要研究领域，通过对光纤局部加热至熔融状态，并在加热区两端施加拉力使其变长变细并形成锥区，拉锥后的光纤其形状和光学特性都将改变，由于拉锥光纤独特的结构特征，从而引起了光纤内模场半径、归一化频率、光功率分配、模式、有效模场面积、光强密度、非线性效应、色散效应等许多光学性质的变化，使得锥区具有了聚光耦合等光学特性，其独特多样的光学性质已在光纤器件的制作、近场扫描显微探针、传感器和超连续谱产生等领域有着广泛的应用。光纤环镜滤波器是光学滤波器的一种，其主要滤波原理是一束激光经耦合器分成两束，分别沿相反方向在环镜内传播，之后于耦合器处相遇产生叠加干涉效应并输出相干光。为了得到更好的滤波效果，人们将具有双折射效应的光纤与光纤环镜相结合，此结构特点是制作简单灵活、其输出的滤波波谱稳定、通过简单调节偏振控制器就可输出多种不同效果的滤波波谱、入射光的偏振态不影响滤波特性、光纤类器件抗外界电磁干扰且经济成本低等。随着光纤通信领域的迅猛发展，对光纤通行容量和传输速度的要求也在不断提高，高双折射光纤环镜滤波器的诸多优点因而倍受各国学者的关注并得以广泛的研究和应用。
　　本研究主要内容包括：⑴理论分析了拉锥光纤几种特有的光学特性，并根据其特性研究和总结了其在光纤器件的制作、近场扫描显微探针、传感器和超连续谱产生等多个领域中的应用，展示了拉锥光纤在实际应用中独特优势和在现代科技发展中的重要地位。⑵理论推导了一阶、二阶、级联一阶和级联二阶高双折射光纤环镜滤波器的透射谱函数，并总结了对应结构输出光谱的滤波特性，然后理论归纳了高阶结构的高双折射光纤环镜滤波器的滤波特性，并对其高阶结构中所含的高双折射光纤的长度改变时输出谱特性做了研究和总结。⑶设计了一种基于拉锥光纤优化的光纤环镜新型滤波器结构，目的是为了得到制作简单、滤波性能更好的滤波器。实验研究表明，在两个级联的二阶高双折射光纤环镜中各接入拉锥光纤，滤波器输出谱的主峰3dB带宽得到显著压缩，品质因数也得到进一步提高，其Q值很容易达到5.2，而且在10dB-35dB调制深度范围内调谐更灵活，输出波形更加稳定。⑷对普通拉锥光纤和高双折射光纤环镜结构的滤波器的特性和应用都做了深入的研究，最后将拉锥光纤的光学特性和光纤环镜的滤波特性相结合，为得到制作简单、性能更好的滤波效果，从而为高速发展的光通信领域作贡献，也为展示拉锥光纤的广泛应用和在现代科技发展中的重要地位。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究概况

1.3 本文研究内容及文章结构

第二章 单模拉锥光纤的结构与制作

2.1 单模拉锥光纤的结构

2.2 单模拉锥光纤的制作

2.3 本章小结

第三章 普通拉锥光纤的特性

3.1 光纤中的光传输特性

3.2 光纤中的光功率分布特性

3.3 拉锥光纤的聚光耦合及损耗特性

3.4 拉锥光纤的干涉滤波功能

3.5 拉锥光纤的非线性效应

3.6 拉锥光纤的色散效应

3.7 本章小结

第四章 普通拉锥光纤的应用

4.1 光纤器件的制作

4.2 近场光学显微镜探针

4.3 传感器的制作

4.4 超连续谱的产生

4.5 本章小结

第五章 高双折射光纤环镜滤波器研究及应用

5.1 光滤波器的简介

5.2 高双折射光纤环镜滤波器滤波特性分析

5.3 本章小结

第六章 单模拉锥光纤优化光纤环镜滤波器特性研究

6.1 加入拉锥光纤的级联二阶高双折射光纤环镜滤波器

6.2 实验数据分析

6.3 实验结果分析

6.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

作者简历