單模單偏振光纖耦合器的研究.pdf

1、隨著光纖通信技術的飛速發(fā)展，信息的傳輸速率在過去的十幾年中得到了極大的提高，人們對信息的需求也進一步擴大，要想進一步使傳輸速率取得突破，必須采用光的時分復用、波分復用、頻分復用等復用技術，來建立具有強大信息傳輸能力的全光網(wǎng)，而這些技術都離不開光耦合技術。光纖耦合器作為一種可以完成光的傳輸、耦合、分束以及干涉功能的重要無源光器件，在光纖傳感以及信號處理等領域有著非常廣泛的應用，對其性能的要求也越來越高，隨著傳統(tǒng)保偏光纖耦合器發(fā)展的越發(fā)成熟

2、，基于偏振分離的單模單偏振光纖耦合器的發(fā)展引起了越來越多的關注。
　　本文通過對以往各種光纖耦合器的優(yōu)缺點進行比較，提出了一種基于纖芯的幾何非對稱性來引入雙折射的光纖模型，首先通過在中間纖芯加入橢圓空氣孔可以獲得足夠高的雙折射，再利用兩側纖芯與中間纖芯在某個偏振態(tài)上的有效折射率匹配以使得該偏振態(tài)的功率發(fā)生轉移，從而實現(xiàn)偏振分離。在理論模型的基礎上，利用全矢量有限元法，運用Comsol Multiphysics和Matlab對光纖耦

3、合器的模場進行仿真計算，并運用耦合模理論和超模理論對其進行分析，得到其有效折射率、耦合長度等特性參數(shù)，并研究了這些光纖特性參數(shù)與偏振分離特性的關系，從消光比方面對其單偏振特性以及工作帶寬進行了討論，結果發(fā)現(xiàn)該光纖耦合器在工作波長λ=1550 nm（±1nm）附近的范圍內(nèi)，經(jīng)過耦合長度Lc=182mm距離的傳輸，可以同時實現(xiàn)兩側纖芯的窄帶單模單偏振傳輸，消光比最高分別可達65 dB和35 dB。在此基礎上，本文還提出一種用矩形金屬芯代替帶

4、有橢圓空氣孔纖芯的單模單偏振光纖耦合器設計方案，利用矩形金屬芯幾何結構的不對稱性和表面產(chǎn)生的等離子體來引入雙折射，實現(xiàn)偏振分離。基于全矢量有限元法，利用超模理論對這一模型的模場特性進行分析，給出實現(xiàn)偏振分離不同偏振態(tài)耦合長度的最佳比值，并先后從纖芯間不同偏振方向上的功率轉移情況和消光比方面，對其耦合長度以及單偏振特性進行了討論。研究發(fā)現(xiàn)，該光纖耦合器經(jīng)過耦合長度Lc=36.9 mm的傳輸后，可以在在工作波長1546-1553 nm范圍內(nèi)