基于双芯光纤耦合模理论的光时域积分器的研究

摘要

光时域积分器是光信号处理领域重要的基础光学计算器件，能实现任意全光信号的积分运算操作。基于双芯光纤耦合模理论的光时域积分器是光时域积分器研究的新方向。本文从双芯光纤时域微分器的研究方法中获得启发，同时研究了光时域积分器的多种研究方法，探索并得到基于耦合模理论的双芯光纤时域积分器的理论模型，通过重新设计双芯光纤结构，得到了双芯光纤时域积分器雏形。接着对该双芯光纤时域积分器进行了特性分析和仿真研究。主要完成以下工作:
　　(1)比较了不同光时域积分器的研究方法，提取出了光时域积分器的主要实现思路，即从器件传递函数入手分析器件积分特性。
　　(2)设计了一种全新的双芯光纤概念结构。在双芯光纤两个纤芯中间制作一个微环，构成微环谐振器。从其中一个纤芯输入，另一个纤芯输入被积分处理的光信号。根据耦合模理论推导双芯光纤传输矩阵，再由传输矩阵法推导出双芯光纤传递函数，可以表明这种双芯光纤的设计能实现双芯光纤时域积分器。
　　(3)对双芯光纤时域积分器进行理论仿真。研究了双芯光纤光时域积分器的有关特性，并分析了各个参数对有关特性的影响。以无损耗理想情况下的双芯光纤光时域积分器为例，用高斯光脉冲及其一阶、二阶微分信号作为输入信号，对该积分器进行微分结果的验证，以理论证明双芯光纤实现光时域积分器的可行性和精确性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 光时域积分器的研究背景与意义

1．1．1 光时域积分器的研究背景

1．1．2 光时域积分器的选题意义

1．2 研究现状与进展

1．2．1 FP谐振腔光时域积分器

1．2．2 微环光时域积分器

1．2．3 光纤布拉格光栅积分器

1．2．4 离散型积分器

1．2．5 其他类型积分器

1．3 应用与发展趋势

1．4 本文结构安排

2．1 引言

2．2 光时域积分器典型实现方案

2．2．1 光时域积分器频域分析法

2．2．2 光时域积分器时域分析法

2．3 光时域积分器原理分析

2．4 小结

3．1 引言

3．2 双芯光纤积分器结构设计

3．2．1 光时域积分器数学原理

3．2．2 双芯光纤结构改造

3．3 双芯光纤的耦合模理论

3．3．1 双芯光纤的微环结构

3．3．2 耦合模理论推导

3．4 小结

4．1 引言

4．2 工作原理

4．3．1 谐振波长

4．3．2 自由谱范围(FSR)

4．3．3 峰值半高全宽(FWHM)

4．3．4 环内光强增强程度量

4．4 激励作用验证

4．5 积分器性能分析

4．5．1 结构对性能影响

4．5．2 耦合区总损耗对性能的影响

4．5．3 处理误差和能量效率

4．6 小结

5 结论

参考文献

作者简历

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