光纤声光耦合器和光环形器构成的新型光分插复用器的研究

摘要

随着光通信系统从单波长点对点的光线路系统向多波长网络化演进，光分插复用器(OADM)作为光传输网的重要器件逐渐变得越来越重要。它使得光通信网络具有灵活性、选择性和透明性等优越功能，可以处理任何格式和速率的信号，而且还能提高网络的可靠性，降低节点成本，提高网络运行效率。从国内外OADM发展来看，主要有以下几种典型的OADM：阵列波导光栅型OADM、马赫—策恩德干涉仪和光栅结合的OADM、光环形器和光纤光栅型结合OADM和基于声光可调谐滤波器的OADM。 声光效应已被用于许多光纤器件中，如可调滤波器、光频移器、光开关和光调制器等。它们都是利用光纤中的“声光”布拉格衍射光栅引起某一波长的光波模式之间选择耦合，有着快速的响应速度和动态波长可调特点。本论文在这些类型的OADM的基础上，结合声光效应的特点，提出了一种基于光纤声光耦合器和光环形器构成的新型OADM。本论文主要分三个部分： 第一部分介绍了光传输网的发展背景、OADM的发展与前景、目前阶段OADM的技术和引入OADM技术的主要意义。 第二部分是光纤声光耦合器和光环形器构成的新型OADM理论部分。从光波导耦合模理论出发，推导出了单模光纤耦合器耦合分光比随着构成耦合器的两光纤直径失配程度的变化规律；分析了光纤及其熔锥耦合器在声波作用下的特性，提出了在声波作用下非对称熔锥零耦合器(光纤声光耦合器)和光环形器构成的新型可重构OADM的新思想。根据声光耦合理论，推导出OADM上下路输出光功率谱与耦合器腰区半径及耦合长度的解析式，并且分析了影响OADM上下路光谱带宽因素和OADM偏振特性。通过理论分析和数值仿真，证明了本文提出的OADM具有零频移、偏振不敏感、动态可重构和旁瓣抑止度改善到-20dB等优点。 第三部分是光纤声光耦合器和光纤环形器构成的新型OADM的实验研究。对声能转换器和光纤熔锥零耦合器的研制过程、制作工艺和检测方案进行了陈述和分析，总结出作者在实验研究过程中的重要结论。 在论文最后部分着重分析和讨论实验中未能获得较理想的零耦合器原因，对如何提高器件的性能指标提出了改进措施，为进一步研究奠定了基础。可以预见，随着光纤中的声光相互作用理论和器件加工工艺的进一步完善，本文提出的新型OADM将会在光传输网中得到广泛应用。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章概述

§1.1光传输网的发展背景

§1.2 OADM器件概述

§1.2.1OADM的发展与前景

§1.2.2制作OADM的主要技术

§1.2.3引入OADM技术的意义

§1.3本论文研究工作的主要内容

第二章光纤声光耦合器的理论分析

§2.1概述

§2.2光纤熔锥耦合器与零耦合器

§2.2.1耦合模理论的概述

§2.2.2 2 × 2光纤熔锥耦合器的一般理论分析

§2.2.3零耦合器

§2.3声波在光纤中的传输特性及声波作用下光纤折射率变化

§2.3.1声波在光纤中的传输特性

§2.3.2声波作用下光纤折射率变化

§2.4光纤熔锥耦合器中的声光相互作用

§2.4.1光纤熔锥耦合器模式激励过程

§2.4.2声光效应

§2.4.3声光耦合

§2.5光纤声光耦合器工作原理

第三章光纤声光耦合器和光环形器构成的新型OADM的理论研究

§3.1引言

§3.2光纤声光耦合器和光环形器构成的新型OADM

§3.2.1 OADM的结构及其工作原理

§3.2.2模式转换效率

§3.2.3上下路光谱的中心波长与声波频率的关系

§3.3偏振不敏感、零频移动态可重构OADM

§3.3.1 OADM的偏振敏感性分析

§3.3.2零频移

§3.4理论计算结果和优化设计

§3.4.1上下路光谱仿真结果

§3.4.2影响光谱特性的因素

§3.4.3参数优化设计

第四章光纤声光耦合器和光环形器构成的新型OADM的实验研究

§4.1器件的制作及其参数的控制

§4.1.1超声换能器

§4.1.2光纤熔锥零耦合器制作

§4.2实验方案

§4.2.1实验的基本框图

§4.2.2实验器材的描述和参数

§4.3试验结果

第五章全文总结

参考文献

致谢

作者攻读学位期间公开发表的学术论文