双芯光子晶体光纤耦合器特性的数值模拟研究

摘要

光纤耦合器是一种可完成光的传输、耦合、分束、干涉以及波分复用等许多功能的无源光纤器件,在光纤通信、传感及信号处理等方面有广泛的应用。本论文在光纤耦合器工作原理的基础上,分析了对称和非对称双芯光子晶体光纤耦合器的耦合特性。提出了优化对称双芯光子晶体光纤耦合器耦合性能的两种方法,并且模拟了一种宽带非对称双芯宽带光子晶体光纤耦合器,实现了波长400nm范围内耦合比偏差小于4％的宽带特性。
　　第一章首先阐述了光纤耦合器的基本原理,接着介绍了光子晶体光纤结构以及光子晶体光纤耦合器的发展现状。最后就本论文主要内容作了概述。
　　第二章首先介绍了光子晶体光纤的无截止单模传输、大模场传输、可调色散、高双折射以及高非线性等特性及其相关应用。然后概述了几种数值模拟光子晶体光纤传播特性的方法,最后分别具体介绍了多极法、有限元法以及光束传播法三种数值计算方法以及相关仿真软件CUDOS、COMSOL和BeamPROP。
　　第三章首先介绍对称双芯光子晶体光纤耦合器的结构,通过有限元法数值计算到耦合器中激励出的偶模和奇模,然后通过偶模和奇模的传播常数得出各偏振态的耦合系数、耦合长度以及耦合比,最后提出了优化对称双芯光子晶体光纤耦合器耦合性能的两种方法,并用光束传播法软件进行仿真。
　　第四章首先介绍了一种新型非对称双芯光子晶体光纤耦合器结构,接着通过有限元法分析耦合器的耦合性能以及耦合臂的分光比,然后用光束传播法软件进行仿真比较。数值模拟结果表明该耦合器具有在400nm范围内耦合比偏差小于4％的宽带效应、两偏振方向耦合长度差别小等优点,为非对称双芯宽带光子晶体光纤耦合器的设计提供了理论支持。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 光纤耦合器的原理

1.3 光子晶体光纤

1.4 光子晶体光纤耦合器

1.5 本论文主要研究内容

参考文献

第二章 光子晶体光纤的特性及研究方法

2.1 引言

2.2 全反射型光子晶体光纤特性及应用

2.3 光子晶体光纤的数值模拟方法

小结

参考文献

第三章 对称双芯光子晶体光纤耦合器

3.1 引言

3.2 对称双芯光子晶体光纤耦合器

小结

参考文献

第四章 非对称双芯光子晶体光纤耦合器

4.1 引言

4.2 宽带耦合器原理

4.3 非对称双芯光子晶体光纤耦合器

小结

参考文献

总结和展望

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢