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基于高双折射光子晶体光纤环镜梳状滤波器研究

作　者: 李晓璐
导　师: 黄勇林
学　校: 南京邮电大学
专　业: 光学工程
关键词: 光子晶体光纤 Sagnac环镜 光梳状滤波器 双折射 侧向静压力
分类号: TN713
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


密集波分复用（DWDM）技术作为当下实现光纤扩容最主要的措施,引起了国内外学者的广泛关注,而可调谐光滤波器是DWDM技术中至关重要的器件之一。近年来,各种可调谐光滤波器的研究已成为一个热点。为此,本文对基于高双折射光子晶体光纤（Hi-Bi PCF）环镜梳状滤波器进行研究,由于该滤波器具有偏振无关、工作波长范围宽、性能稳定、操作灵活、信道间隔可调、有效降低偏振模色散（PMD）等优点,因此受到广泛的应用。本文采用全矢量有限元法,对光子晶体光纤（PCF）的高双折射特性进行了详细的理论分析和数值仿真,然后以Jones矩阵理论为基础,进一步研究了基于高双折射光子晶体光纤（Hi-Bi PCF）环镜梳状滤波器的输出光谱,为实际应用提供了理论依据。本文主要的研究如下:1)首先设计了一种有中心椭圆缺陷孔的矩形点阵光子晶体光纤（PCF）,并采用全矢量有限元法对该光纤的模式双折射特性进行了理论分析及数值模拟。研究发现,该光纤在波长为1.55μm处,具有很高的模式双折射,其值为1.87×10-2,从而为保偏光纤提供了很好的理论模型。2)采用Jones矩阵理论,推导了基于高双折射光子晶体光纤（Hi-Bi PCF）环镜梳状滤波器的输出谱函数,并通过MATLAB软件仿真讨论了偏振控制器（PC）对滤波器输出光谱的影响。3)讨论了沿x轴正向、y轴负向侧向静压力对高双折射光子晶体光纤（Hi-Bi PCF）环镜梳状滤波器透射谱、光谱信道间隔和信道间隔随压力变化的灵敏度的影响,并比较了两种PCF滤波器信道间隔随压力变化的灵敏度。仿真结果显示,该光滤波器是一种偏振无关、工作波长范围宽、信道间隔可调谐、性能稳定、有效降低偏振模色散（PMD）的光器件,在光纤传感、光放大器及DWDM系统等方面具有广阔的应用空间。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 研究背景  9
  1.2 DWDM 技术的发展  9-11
    1.2.1 DWDM 的概念  10
    1.2.2 DWDM 系统的构成  10-11
    1.2.3 DWDM 系统的优势  11
  1.3 光梳状滤波器的现状  11-15
    1.3.1 全光纤Mach-Zehnder 光滤波器  12
    1.3.2 Fabry-Perot 光滤波器  12-13
    1.3.3 长周期光纤光栅（LPFG）光滤波器  13
    1.3.4 声光滤波器  13-14
    1.3.5 基于高双折射光子晶体光纤环镜梳状滤波器  14-15
  1.4 本论文主要的研究内容和创新点  15-17
第二章 光子晶体光纤理论分析方法  17-27
  2.1 有效折射率法  17
  2.2 时域有限差分法  17-19
  2.3 平面波展开法  19
  2.4 超格子法  19-20
  2.5 有限元法  20-26
    2.5.1 有限元法的基本原理  21
    2.5.2 有限元法的变分原理  21-22
    2.5.3 有限元法的区域离散及插值函数  22-24
    2.5.4 单元有限元方程  24-25
    2.5.5 待解区域的有限元方程  25-26
    2.5.6 待求区域的有限元方程求解和边界条件  26
  2.6 本章小结  26-27
第三章 有中心缺陷孔的矩形点阵光子晶体光纤高双折射特性研究  27-40
  3.1 背景  27-28
  3.2 PCF 双折射特性研究  28
  3.3 参数定义  28-29
  3.4 有中心椭圆缺陷孔的矩形点阵PCF 双折射特性研究  29-38
    3.4.1 结构模型  29-30
    3.4.2 基模模场的特性分析  30-32
    3.4.3 PCF 结构参数对模式双折射的影响  32-36
    3.4.4 侧向静压力对模式双折射的影响  36-38
  3.5 本章小结  38-40
第四章 基于高双折射光子晶体光纤环镜梳状滤波器研究  40-57
  4.1 Hi-Bi PCF Sagnac 干涉仪的理论研究  40-47
    4.1.1 琼斯矩阵理论  40-45
    4.1.2 Hi -Bi PCF Sagnac 干涉仪传输函数推导  45-47
  4.2 基于Hi-Bi PCF Sagnac 环镜梳状滤波器的数值仿真  47-53
    4.2.1 偏振控制器PC 对输出光谱的影响  47-49
    4.2.2 侧向静压力对输出谱的影响  49-53
  4.3 PCF 滤波器信道间隔随压力变化的灵敏度  53-56
    4.3.1 基于Hi-Bi PCF 环镜梳状滤波器信道间隔随压力变化的灵敏度研究  53-54
    4.3.2 两种PCF 滤波器信道间隔随压力变化的灵敏度对比  54-56
  4.4 本章小结  56-57
结束语  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-63
附表1  63-64
攻读硕士学位期间发表的论文  64

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 滤波技术、滤波器
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