光子晶体光纤耦合特性的研究

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随着密集波分复用(DWDM)技术、光纤放大技术(掺铒光纤放大器(EDFA)、分布喇曼光纤放大器(DRFA)、半导体放大器(SOA))和光时分复用(OTDM)技术的发展和广泛应用,光纤通信技术不断向着更高速率、更大容量的通信系统发展,而先进的光纤制造技术既能保持稳定、可靠的传输,又能满足光通信对带宽的需求,并在色散管理、非线性方面有突出的优势。 光子晶体光纤(PhotonicCrystalFiber,PCF)以其优越的传输特性受到人们的关注。这些特性预示着PCF将会有广阔的应用前景。随着PCF研究的深入及制造技术的成熟,PCF将逐步由实验研究走向实用化。然而,要想将PCF器件应用于普通单模光纤(SMF)通信线路中,如何有效的将PCF与SMF进行耦合,是必须解决的一个问题。因此深入研究PCF与SMF的连接耦合特性,对计算耦合损耗、优化PCF的结构以减小耦合等方面都具有重要意义。本文利用时域有限差分法(FDTD)系统地研究了PCF与SMF的耦合特性。 由于光子晶体光纤结构的复杂性,使得无法从麦克斯韦方程出发得到精确的解析解,只能通过数值计算方法来对PCF进行分析研究。本论文采用FDTD方法对光子晶体光纤的传输特性,包括模场分布、有效折射率和归一化频率进行了数值计算,并借鉴传统光纤理论对PCF与SMF的耦合损耗进行了推算,主要分析了PCF和SMF之间的连接损耗受横向偏移、角度倾斜以及模场不匹配等因素的影响,得到了PCF结构参量(Λ,d/Λ)在一定范围内连接损耗的理论值;论证了波长对连接损耗的影响,结果表明:孔距是决定连接损耗大小的主要因素;机械参量如横向偏移和角度倾斜对损耗有较大的决定性。两种不同结构的PCF之间损耗大小主要取决于Λ的差别。 最后,简单描述了光纤连接的一些技术和方法,对熔接原理做了简单说明。介绍了在实际工程中对PCF和SMF连接的一些新技术与新方法,并结合前面部分的研究结论,提出了一些在实际连接时减小损耗的想法。最后展现了PCF和激光二极管(LD)连接的一种新颖方法。
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