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基于高双折射光纤环镜的波长交错器（Interleaver）研究

作　者: 吴志芳
导　师: 开桂云；马秀荣
学　校: 南开大学
专　业: 光学
关键词: 波长交错器高双折射光纤 Sagnac干涉仪 Solc-Sagnac Lyot-Sagnac 通带平顶波长调谐梳状滤波器窄带通动态切换
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

波长交错滤波技术(Interleaver)是密集波分复用(DWDM)系统研究中的一个新课题，波长交错器配合现有的窄带滤波器件能方便为现有系统升级，大大降低了升级成本和对超窄带滤波器件的严格要求。本文提出一种新型的波长交错器——高双折射光纤 Sagnac干涉仪型(HBFSI)波长交错器，它具有稳定性高、输出谱型良好、全光纤化、偏振无关等优点。本文以Jones矩阵为基本数学方法对高双折射光纤Sagnac干涉仪以及基于高双折射光纤Sagnac干涉仪的波长交错器和梳状滤波器进行了详细系统的理论分析，并做了大量的实验验证，为高双折射光纤Sagnac干涉型器件的进一步研究和实用化奠定基础。本论文的主要工作内容如下：第一，以Jones矩阵理论为基本理论，对一阶高双折射光纤Sagnac干涉仪进行了严格系统地理论推导，得到和已知文献不同的结论。数值模拟和实验证明本文的结论更准确合理的描述了实验现象。第二，在一阶高双折射光纤Sagnac干涉仪理论推导的基础上对高阶高双折射光纤Solc-Sagnac和Lyot-Sagnac干涉仪模型进行了理论研究和大量的数值模拟。第三，以一阶高双折射光纤Sagnac干涉仪为基本单元构造了一阶HBFSI型波长交错器，详细地推导了其传输函数并进行了实验验证，数值模拟和实验结果表明一阶HBFSI型波长交错器的奇偶信道输出谱型为余弦型且稳定性良好，信道隔离度达到25dB。第四，以三阶高双折射光纤Solc-Sagnac干涉仪为基本单元构造了一种具有平顶通带的三阶HBFSI型波长交错器，数值模拟和实验结果表明该HBFSI型波长交错器的信道隔离度超过28dB，和一阶HBFSI型波长交错器输出光谱相比通带宽度@0.1dB展宽了65％。对于100GHz的三阶HBFSI型波长交错器，其通带宽度@0.5dB为0.22nm，信道隔离度为30dB，基本符合通信要求。第五，研究了耦合器的功率耦合比和输出端口反射对HBFSI型波长交错器传输性能的影响，讨论了HBFSI型波长交错器的中心波长调谐、偏振无关特性和稳定性，分别进行了理论分析和实验验证。第六，提出了一种基于二阶高双折射光纤Solc-Sagnac干涉仪的全光纤窄带通梳状滤波器，具有窄带通和宽信道间隔的特点，与对照的方案相比，消光比高出3dB；提出了一种基于二阶高双折射光纤Lyot-Sagnac干涉仪的梳状滤波器，

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-25
  1.1 光纤通信的发展概况  11-12
  1.2 WDM／DWDM技术的发展  12-16
    1.2.1 光波分复用的基本概念  13-14
    1.2.2 WDM／DWDM系统的特点  14-15
    1.2.3 WDM／DWDM系统的关键技术问题  15-16
  1.3 波长交错器(Optical Interleaver)的概况  16-23
    1.3.1 波长交错器的应用前景  17
    1.3.2 波长交错器的性能参数  17-18
    1.3.3 研究现状  18-23
  1.4 本论文研究的主要内容  23-24
  1.5 本论文的主要创新点  24-25
第2章高双折射光纤 Sagnac干涉仪的Jones矩阵分析  25-50
  2.1 引言  25-26
  2.2 光纤Sagnac干涉仪的主要分析方法——Jones矩阵法  26-32
    2.2.1 偏振光的Jones矩阵表示  26-27
    2.2.2 光学器件的Jones矩阵理论  27-29
    2.2.3 几种常用光纤器件的Jones矩阵的表示  29-32
  2.3 高双折射光纤(HBF)Sagnac干涉仪的理论分析  32-42
    2.3.1 单段高双折射光纤(HBF)Sagnac干涉仪  33-36
    2.3.2 N阶HBF Solc-Sagnac光纤干涉仪(N≥2)  36-41
    2.3.3 N阶HBF Lyot-Sagnac光纤干涉仪  41-42
  2.4 数值模拟  42-49
    2.4.1 单段高双折射光纤的Sagnac光纤干涉仪  42-44
    2.4.2 二阶HBF Solc-Sagnac干涉仪  44-46
    2.4.3 三阶HBF Solc-Sagnac干涉仪  46-47
    2.4.4 二阶HBF Lyot-Sagnac干涉仪  47-48
    2.4.5 三阶HBF Lyot-Sagnac干涉仪  48-49
  2.5 本章总结  49-50
第3章高双折射光纤Sagnac干涉仪型波长交错器的研究  50-59
  3.1 引言  50
  3.2 一阶HBFSI型波长交错器的理论和实验研究  50-52
    3.2.1 理论分析  50-51
    3.2.2 数值模拟和实验研究  51-52
  3.3 三阶HBFSI型波长交错器的理论和实验研究  52-58
    3.3.1 理论分析  52-54
    3.3.2 实验  54-56
    3.3.3 100GHz的三阶HBFSI型波长交错器的数值模拟  56-57
    3.3.4 小结  57-58
  3.4 本章总结  58-59
第4章 HBFSI型波长交错器的性能分析  59-75
  4.1 引言  59
  4.2 耦合系数K对HBFSI型波长交错器传输函数的影响  59-61
  4.3 偶信道端口的端面反射对HBFSI型波长交错器传输函数的影响  61-64
    4.3.1 理论分析  61-63
    4.3.2 实验  63-64
    4.3.3 结论  64
  4.4 HBFSI型波长交错器偏振无关分析  64-67
    4.4.1 理论分析  64-65
    4.4.1 实验  65-67
    4.4.2 结论  67
  4.5 HBFSI型波长交错器中心波长调谐的研究  67-72
    4.5.1 工作原理  68
    4.5.2 数值模拟  68-70
    4.5.3 实验  70-71
    4.5.4 结论  71-72
  4.6 HBFSI型波长交错器的稳定性的研究  72-74
    4.6.1 实验情况  72
    4.6.2 理论分析  72-73
    4.6.3 小结  73-74
  4.7 本章总结  74-75
第5章高双折射光纤Sagnac干涉仪型梳状滤波器的研究  75-88
  5.1 引言  75
  5.2 窄带通梳状滤波器  75-79
    5.2.1 理论分析  76-77
    5.2.2 实验  77-79
    5.2.3 结论  79
  5.3 平顶通带的梳状滤波器的研究  79-82
    5.3.1 理论分析  79-81
    5.3.2 实验  81-82
    5.3.3 结论  82
  5.4 信道间隔可动态切换梳状滤波器  82-87
    5.4.1 理论分析  82-84
    5.4.2 数值模拟和实验  84-87
  5.5 本章总结  87-88
总结与展望  88-90
参考文献  90-99
攻读硕士学位期间完成的论文  99-100
致谢  100

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