基于热极化多模光纤的光开关研究

摘要

石英玻璃材料在结构上具有宏观反演对称性，不具有二阶非线性光学效应，而热极化技术可以打破这种结构的对称性，诱导出可观的二阶非线性。
　　本文研究了双孔多模光纤的热极化并设计实现了基于热极化多模光纤的单模—多模—单模(SMS)光开关。对于双孔多模光纤的热极化，研究结果表明，在多模光纤中，双阳极结构的热极化光纤相对于单阳极—单阴极结构具有更高的二阶非线性效应。无论是双阳极结构还是单阳极—单阴极结构，随着极化时间的增大，模式的有效折射率差都是先增大后减小且有峰值出现。在相同极化时间下，模式有效折射率差随纤芯半径和纤芯与阳极之间距离的增大而减小。热极化光纤的纤芯半径越小，阳极与纤芯之间的距离越小，有效折射率差出现最大值的极化时间越小且极值越大。
　　基于二维载流子漂移扩散模型，结合热极化后电场在光纤横截面上的分布，得到了热极化后光纤横截面上折射率变化，设计了基于热极化多模光纤的单模—多模—单模(SMS)光开关。研究结果表明，入射波的传输损耗随阳极与纤芯之间距离或纤芯半径的增大而减小，延长热极化多模光纤的长度和降低纤芯和阳极之间距离可以降低开关电压，耗尽层完全覆盖纤芯比耗尽层未覆盖纤芯时所需要的开关电压要小。
　　本文研究的多模光纤热极化和基于热极化多模光纤单模—多模—单模(SMS)光开关对光纤热极化实验和热极化光纤在全光纤器件的应用方面有重要的指导意义。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 热极化技术

1．2 热极化光纤的研究历程

1．3 热极化光纤的应用和发展前景

1．4 本论文的主要内容

2 热极化光纤及其多模干涉理论

2．1 二阶非线性光学效应

2．2 二维载流子漂移扩散模型

2．3 多模干涉理论

2．4 多模—单模—多模光纤结构工作原理

2．4．1 单模—多模—单模(SMS)光纤结构中多模光纤光场的分布

2．4．2 单模—多模—单模(SMS)光纤结构中的多模耦合系数

2．4．3 单模—多模—单模(SMS)光纤结构透射谱

2．5 本章小结

3 多模光纤的热极化

3．1 不同电极结构下折射率的改变

3．2 双阳极结构不同电极与纤芯间距下的模式折射率差的变化

3．2．1 外加电压为0V时模式折射率差的变化

3．2．2 外加电压为500V时模式折射率差的变化

3．3 双阳极结构不同纤芯半径下的模式折射率差的变化

3．3．1 外加电压为0V时模式折射率差的变化

3．3．2 外加电压为500V时模式折射率差的变化

3．5 电极孔与纤芯之间的距离对极化过程的影响

3．6 纤芯大小对极化过程的影响

3．7 本章小结

4 基于热极化多模光纤的SMS光开关的研究

4．1 传输损耗对SMS光开关的影响

4．1．1 传输损耗与电极和纤芯间距的关系

4．1．2 传输损耗与纤芯大小的关系

4．2 极化时间960s时的开关性能

4．3 极化时间8460s时的开关性能

4．4 本章小结

5 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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