梯度折射率透镜在光纤耦合系统中的应用

摘要

梯度折射率透镜由于具有小体积、平端面、易加工、易调整对准、易耦合组装、耦合效率高的特点，因而在半导体激光器与光纤的耦合系统中发挥了重要的作用。 本文在介绍了半导体激光器的特性、高斯光束传播规律、透镜光纤耦合基本性能的基础上，对高斯光束经梯度折射率透镜的传输特性进行了具体分析，同时对如何选取最佳耦合结构参数进行了探讨。 首先，运用ABcD定律和高斯光束复参数的定义，分析了高斯光束在非线性非均匀介质中的传输特性，进而推导出高斯光束经梯度折射率透镜的传输特性，得出高斯光束出射透镜后的束腰宽度及束腰位置的公式，即高斯光束经过梯折透镜的成像变换公式。得到此公式后，运用计算机编程进行了数值计算讨论、画图，分析了在一定初始条件下不同的参数(如初始束腰位置、梯度折射率参数、透镜宽度等)对束腰变化产生的影响。 之后，采用两片自聚焦透镜构成的耦合系统作为模型，研究怎样选取最优的结构参数，包括如何选取两片透镜的宽度和两透镜的间距。即在保证高效耦合的前提下，如何使耦合结构尽可能的紧凑、体积尽可能的小。文中根据自聚焦透镜的光纤传输轨迹，给出了理论上的最佳结构公式，然后根据这些公式用计算机编程计算，给出了最佳耦合结构参数的近似值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1.研究背景及意义

1.2.主要研究内容及研究目的

1.2.1.研究内容

1.2.2.研究目的

第2章梯度折射率光学概述

2.1.微小光学概述

2.2.梯度折射率光学的发展历史

2.2.1.发展基础

2.2.2.发展历史概述

2.3.梯度折射率透镜的分类

2.3.1.轴向梯折透镜

2.3.2径向梯折透镜

2.3.3球面梯折透镜

2.4.梯度折射率透镜的应用

2.4.1应用综述

2.4.2.径向梯度折射率透镜的应用

2.4.3应用前景

2.5.本章小节

第3章半导体激光器与高斯光束传播理论

3.1.半导体激光器概述

3.1.1半导体激光器简述

3.1.2半导体激光器光束特性

3.1.3.半导体激光器光源的优点

3.2高斯光束传播理论

3.2.1高斯光束

3.2.2高斯光束的传播

3.3本章小节

第4章半导体激光器与光纤的耦合理论

4.1光通信中光耦合的重要意义

4.2光纤与光源的耦合概况

4.3光源与光纤的耦合模理论

4.4耦合方式分类

4.4.1采用分立光学元件的耦合系统

4.4.2在光纤端面制作微透镜的耦合系统

4.4.3各种耦合方式的优缺点

4.5耦合效率分析

4.5.1耦合效率的定义

4.5.2耦合效率的理论计算

4.6本章小节

第5章高斯光束经梯度折射率透镜的传播

5.1传播规律推导

5.1.1非线性介质中的基本波方程及光束复参数

5.1.2高斯光束在非均匀非线性介质中的传输公式

5.1.3高斯光束通过非线性梯度折射率透镜的传输

5.2束腰变化分析

5.3本章小节

第6章最佳耦合参数的确定

6.1系统结构造成的耦合损耗分析

6.2用自聚焦透镜作平行光束与单模光纤的最佳耦合

6.3计算结果分析

6.4本章小节

结束语

致谢

参考文献

硕士期间发表论文