光通信系统中的激光准直与耦合技术研究

摘要

自由空间光通信是指以激光作为信息载体,在大气中传输信息的通信系统。光通信以其周期短、成本低、抗电磁能力强、保密性好等优点而被人们广泛关注。本文针对光通信系统中的激光准直与耦合技术进行研究,利用光子晶体对激光发散角进行准直,通过光学软件仿真对所得到的准直结果进行验证;设计出超宽带色散平坦的光子晶体光纤以提高光通信系统中的光传输效率,对光子晶体光纤和单模光纤的耦合特性进行研究分析。
　　光子晶体是一种人工制造的光子带隙材料,这是由于介电常数周期性改变使得光产生折射性的周期性分布。光子禁带的产生使得有关光子晶体的许多应用都是依赖于其禁带的频率范围,这为光控制提供了一种新的机理,受到人们的广泛关注。
　　本论文所做的主要工作包括:
　　1.简述光通信原理以及激光准直与耦合的几种方法,确定文章采用光子晶体材料进行研究,并简述光子晶体的发展历程及其在光通信中的应用。介绍光子晶体的理论研究中主要的方法——平面波展开法、传输矩阵法及时域有限差分法,以及用光学软件对光子晶体仿真所用到的有限元法。
　　2.利用表面波作用对传统二维光子晶体结构进行改进,考察激光束的准直效果。与传统的二维光子晶体结构对比发现具有表面结构的光子晶体取得较好的准直角,并且利用远场传输分布特性直观的分析准直效果。表面结构的色散曲线及二维光子晶体的能带曲线图通过平面波展开法计算求出。通过计算得出表面模式的准直波频率不在光子禁带范围内,并且利用软件对准直结果进行仿真,结果可以明确的看出具有表面结构的新型光子晶体准直效果优于传统的光子晶体准直。
　　3.设计超平坦色散的光子晶体光纤,减小光在光纤中传输时的码间串扰。分析影响色散曲线的主要因素,得出的结论是包层空气孔半径和孔间距对色散产生了较大影响,对影响色散曲线的结构参数进行改变,优化光子晶体光纤的色散曲线,得出了大波长范围内的色散平坦曲线。分析影响光子晶体光纤与单模光纤耦合的因素,并将文中设计的超平坦色散光子晶体光纤与单模进行耦合,计算耦合损耗。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 光子晶体概述

1.3 光子晶体的发展历程

1.4 光通信中的光子晶体应用

1.5 论文的结构安排

第二章 激光的准直与耦合技术研究

2.1 激光束准直的研究

2.2 激光耦合技术的研究

2.3 光子晶体准直与耦合

2.4 本章小结

第三章 新型二维光子晶体表面模式的自准直设计及仿真

3.1 光子晶体的计算方法

3.2 光子晶体的自准直特性和能带图

3.3 新型光子晶体表面结构的自准直设计

3.4 本章小结

第四章 超平坦色散光子晶体光纤与单模光纤的耦合特性研究

4.1 折射率引导型光子晶体光纤的特性分析

4.2 超平坦色散光子晶体光纤的设计

4.3 光子晶体光纤与单模光纤的耦合分析

4.4 本章小结

第五章 本文总结

5.1 本文的主要内容

5.2 未来展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果