宽带低光孤子传输功率光纤及双芯偏振分束器的研究

摘要

随着对通信技术要求的不断提高，全光通信系统近年得到了快速发展，而光孤子通信系统作为全光通信的一个重要发展方向，以其独特的优势颇受重视。本论文中所研究的能在低泵浦功率宽带范围内传输光孤子的光纤，能够降低光孤子通信系统中对泵浦光源功率的要求，并有效的拓展光纤的传输带宽，增加光通信系统的传输容量，提高信息传输速率和质量;所研究设计的新型双芯光子晶体光纤偏振分束器，有利于通信器件的高效性、小型化、集成化，为光孤子通信系统的发展提供了条件，为全光通信的早日产业化奠定了基础。
　　在本文中，我们主要做了如下工作:
　　第一，提出了一种新型光子晶体光纤，运用有限元法对其色散、非线性及传输光孤子所需要的泵浦功率和影响其性能的主要因素做了理论分析。研究结果显示，该新型光子晶体光纤反常色散区带宽为1.45μm，具有较高的非线性和较低的色散，能够在宽带反常色散区内以较低泵浦功率传输光孤子。当光孤子脉宽取值为300fs时，通过该新型光子晶体光纤传输一阶光孤子所需要的平均泵浦功率最高仅为0.001695W，传输五阶光孤子所需要的平均泵浦功率最高仅为0.04238W;
　　第二，运用分步傅里叶法模拟了光孤子对在该新型光子晶体光纤中的传输特性，系统分析了光孤子对在该新型光纤中传输时其相对间距、相对幅值、相对相位和高阶非线性效应对其相互作用的影响，为该新型光子晶体光纤的实际应用做了必要理论分析;
　　第三，运用有限元法、利用双芯光子晶体光纤的耦合特性，设计了一种以软玻璃SF6为基质的性能优良的双芯光子晶体光纤偏振分束器，研究了其双折射度、耦合长度和消光比等特性。研究结果显示，该偏振分束器具有更短的器件长度和更高的消光比，其器件长度为118.68μm，在1.55μm处消光比高达-153.9dB，消光比小于-20dB的带宽为89nm。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 光子晶体

1．3 光子晶体光纤

1．3．1 折射率引导型光子晶体光纤

1．3．2 光子带隙型光子晶体光纤

1．3．3 混合导光型光子晶体光纤

1．4 双芯光子晶体光纤的应用

1．5 本文创新点及论文结构

2 宽带低光孤子传输功率光纤的研究

2．1 有限元法

2．1．1 有限元法基本原理

2．2 光纤光孤子的理论基础

2．2．1 群速度色散

2．2．2 自相位调制效应与光纤非线性系数

2．2．3 光孤子的形成

2．3 宽带低光孤子传输功率光纤的结构设计

2．3．1 新型光纤特性分析

2．3．2 新型光纤设计结论

2．4 纤芯变化对新型光纤特性的影响

2．4．1 掺杂浓度对新型光纤特性的影响

2．4．2 掺杂直径对新型光纤特性的影响

2．5 本章小结

3 光孤子对在新型光纤中传输特性

3．1 光脉冲传输理论

3．1．1 非线性薛定谔方程

3．1．2 分步傅里叶法

3．2 光孤子对在该新型光纤中传播特性研究

3．2．1 光孤子对相对间距对其相互作用的影响

3．2．2 光孤子对相对幅值对其相互作用的影响

3．2．3 光孤子对相对相位对其相互作用的影响

3．2．4 高阶非线性对光孤子对相互作用的影响

3．3 本章小结

4 双芯光子晶体光纤偏振分束器的研究设计

4．1 模式耦合理论

4．1．1 模式耦合方程

4．1．2 求解模式耦合方程

4．2 双芯光子晶体光纤偏振分束器基础理论

4．2．1 四个超模

4．2．2 双芯偏振分束器耦合长度

4．2．3 双芯光纤双折射度

4．2．4 偏振分束器归一化功率和消光比

4．3 双芯光纤偏振分束器结构设计

4．3．1 光纤结构参数对双折射度的影响

4．3．2 光纤结构参数对耦合长度的影响

4．3．3 耦合分束器的设计与特性

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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