保偏光子晶體光纖及其相關(guān)偏振器件的研究.pdf

1、光纖傳輸偏振態(tài)的不穩(wěn)定性和光纖器件工作帶寬窄制約了光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率和傳輸容量，影響了相干全光網(wǎng)絡(luò)化的推進。保偏光子晶體光纖由于其靈活的設(shè)計結(jié)構(gòu)和高穩(wěn)定的偏振特性，使其本身以及相關(guān)的偏振器件都在未來相干光通信系統(tǒng)、光纖傳感器、可調(diào)諧光纖激光器等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。針對未來相干光纖通信系統(tǒng)對偏振穩(wěn)定性、寬傳輸帶寬及無源器件小型化的理論和應(yīng)用需求，本文利用有限元法分析和研究了具有高偏振穩(wěn)定性的保偏光子晶體光纖及其基于這種光纖的微型化和

2、寬帶寬的偏振相關(guān)器件。獲得的主要創(chuàng)新成果如下:
　　1.基于模式截止法，提出了一種新型的液晶填充超寬譜（也稱寬帶）單偏振單模光子晶體光纖結(jié)構(gòu)，其單偏振單模工作帶寬可達到1600 nm，且在其寬譜內(nèi)限制損耗低于0.01 dB/km。在單芯單偏振單模光纖的基礎(chǔ)上又設(shè)計了一種通信波長1.31μm和1.55μm同時具有單偏振單模傳輸特性的雙芯光子晶體光纖，并將其應(yīng)用于粗波分復(fù)用系統(tǒng)的光分波器，首次得到了一種光纖器件長度僅為1.639 mm

3、的單偏振單模波分解復(fù)用器。
　　2.基于模式耦合理論和表面等離子共振效應(yīng)，提出了一種單孔金屬填充雙芯光子晶體光纖偏振分束器，在工作波長1.55μm處，當該光纖長度為4.036 mm時，x、y方向兩偏振光可實現(xiàn)分離，且消光比達到78.6 dB，在波長1.25μm-1.68μm范圍內(nèi)消光比高于20 dB，得到了一種短光纖長度帶寬為430 nm的寬譜光子晶體光纖偏振分束器。
　　3.基于表面等離子共振效應(yīng)，提出了一種在寬波段內(nèi)具有

4、強偏振相關(guān)濾波特性的金屬填充光子晶體光纖。首次得到在波長1.25μm-2.1μm寬波段范圍內(nèi)，光子晶體光纖x偏振方向纖芯模式損耗大于248.95 dB/cm，而y偏振方向纖芯模式損耗小于0.21 dB/cm，并將其應(yīng)用于寬譜偏振相關(guān)濾波器。得到了一種光纖器件長度僅為1 mm、消光比高于20 dB的帶寬為850nm的光子晶體光纖偏振相關(guān)濾波器。
　　4.基于表面等離子共振效應(yīng)，提出了一種雙波段正交偏振相關(guān)濾波單芯光子晶體光纖，在波段

5、1.31μm和1.55μm內(nèi)分別支持光波的正交單偏振傳輸，并將其用于粗波分復(fù)用系統(tǒng)的1.31/1.55μm波長光分離，得到了一種光纖器件長度僅為0.3 mm光子晶體光纖粗波分復(fù)用偏振相關(guān)濾波器。
　　5.利用表面等離子共振效應(yīng)，提出了三種單獨在波長1.31μm或1.55μm處具有強偏振相關(guān)濾波特性的金屬鍍膜光子晶體光纖。較為系統(tǒng)的分析了非對稱因素對光子晶體光纖偏振相關(guān)濾波特性的影響。在波長1.31μm處能夠獲得y偏振方向諧振耦合強