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光通信器件耦合技术的研究

作　者: 毕晓峰
导　师: 杨春；孙小菡
学　校: 东南大学
专　业: 物理电子学
关键词: 聚合物光纤 耦合器 时域有限差分法 光线追迹法 偏心激励
分类号: TN256
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要


聚合物光纤在高速大容量的局域网中具有广泛的应用前景。因此国内外在研制高性能聚合物光纤方面取得很大进展的同时,正在积极地开展聚合物光纤耦合器的研究。本文对聚合物混合棒光纤耦合器的性能进行了深入的理论和实验研究。第一章中,首先介绍了聚合物光纤的发展历史、基本特性和它在各个方面的应用前景。分析表明,聚合物光纤是一种构成高速局域网的优良媒质。在第二章至第四章中,讨论了两种数值计算方法――时域有限差分法(FDTD)和光线追迹法的基本原理及其在实际计算中的运用,并比较了两者在实际计算中,特别是在耦合器数值模拟中的优缺点。FDTD方法计算精度很高,但计算效率较低,对计算机的性能要求较高;而光线追迹法虽然是对电磁波的一种近似处理,具有一定的误差,但对于多模聚合物光纤有足够的精度,而且计算效率很高。第五章,用光线追迹法计算了偏心激励情况下混合棒出射端的光场分布,并与实验作对比。结果表明,随着激励源偏心距的增加,高阶模被激励的比例增加;随着传输长度的增加,场分布的圆周方向均匀性趋于一致。第六章,对一系列耦合器样品做了性能测试,结果表明,偏心激励1×7星型耦合器的分光附加损耗为1.18dB,分光不均匀度为0.92dB,性能优于1×7锥形光纤星型耦合器,表明这种聚合物混合棒光纤耦合器具有很高的性能价格比,并达到了实用的要求。

全文目录


摘要   4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 聚合物光纤的发展历史  8
  1.2 聚合物光纤的特性  8-12
    1.2.1 聚合物光纤的损耗  9-10
    1.2.2 聚合物光纤的色散  10-11
    1.2.3 聚合物光纤的带宽  11
    1.2.4 聚合物光纤的热稳定性  11-12
    1.2.5 聚合物光纤的传输实验  12
  1.3 聚合物光纤的应用  12-13
  1.4 聚合物光纤在局域网和接入网的应用前景  13-14
    1.4.1 局域网接入方式的比较  13-14
    1.4.2 POF局域网  14
  1.5 本文主要工作  14-15
第二章 FDTD基本原理和方法  15-35
  2.1 FDTD的发展及应用  15
  2.2 麦克斯韦方程和Yee元胞  15-18
  2.3 直角坐标系中的FDTD  18-26
    2.3.1 三维情况  18-21
    2.3.2 二维情况  21-25
    2.3.3 一维情况  25-26
  2.4 吸收边界条件  26-34
    2.4.1 PML介质中的波方程  26-27
    2.4.2 平面波在PML中的传播特性  27-29
    2.4.3 平面波在PML/PML介质分界面的传播特性  29-33
    2.4.4 介质层设置  33-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章 PML－FDTD数值计算  35-41
  3.1 计算实例  35-40
    3.1.1 真空中点源的传播情况  35
    3.1.2 平行光从光密介质到光疏介质的传播情况(不满足全反射条件)  35-36
    3.1.3 平行光从光密介质到光疏介质的传播情况(满足全反射条件)  36-37
    3.1.4 单模光波导中的传播情况  37-38
    3.1.5 半圆弧弯曲波导  38
    3.1.6 圆弧形波导与直波导对接  38-40
  3.2 本章小结  40-41
第四章 阶跃光纤的光线追迹法  41-48
  4.1 几何光学和波动光学的关系  41-43
  4.2 光线追迹法的基本原理和实现方法  43-45
    4.2.1 光线位置的处理  43-44
    4.2.2 光线空间方位的处理  44-45
    4.2.3 轨迹的计算(以直光纤为例)  45
  4.3 光线追迹法在直光纤中的计算过程  45-47
  4.4 光线追迹法在弯曲光纤中的计算过程  47
  4.5 本章小结  47-48
第五章 偏心激励的研究  48-52
  5.1 数值计算和实验测量方法  48
  5.2 数值计算和实验测量数据的对比分析  48-51
    5.2.1 场分布与激励源偏心距、混合棒长度的关系  49-51
    5.2.2 场分布的角向均匀性与混合棒长度的关系  51
  5.3 本章小结  51-52
第六章 耦合器实验  52-59
  6.1 实验装置  52-53
    6.1.1 截断法测量聚合物光纤的损耗  52
    6.1.2 连接器损耗测量  52-53
  6.2 1×7星型耦合器  53-55
  6.3 7×7耦合器  55-56
  6.4 分光束耦合器  56-58
    6.4.1 2×2、1:6耦合器  56-57
    6.4.2 2×2、4:3耦合器  57-58
  6.5 本章小结  58-59
总结  59-61
致谢  61-62
参考文献  62

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 集成光学器件
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