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基于光子晶体光纤双折射效应的光滤波器研究

作　者: 张明明
导　师: 马秀荣；曹晔
学　校: 天津理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 干涉型光滤波器 光子晶体光纤 Sagnac干涉仪 高双折射 温度不敏感
分类号: TN713
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


波分复用（WDM）/密集波分复用（DWDM）技术是实现光纤通信系统超高速大容量传输的关键技术,而稳定的可调谐光滤波器是DWDM系统中的关键器件之一。本文结合天津市自然基金重点项目、教育部基金重点项目,提出一种基于光子晶体光纤双折射效应的Sagnac干涉仪型光滤波器,它具有温度不敏感、工作波长范围宽、信道间隔可调谐等优点,从而具有广泛的应用前景。本文利用全矢量有限元法从理论上分析了高双折射光子晶体光纤特性,并以Jones矩阵理论为基本数学方法对高双折射光子晶体光纤Sagnac干涉仪型光滤波器进行了大量的数值模拟和实验研究,为高双折射光子晶体光纤Sagnac干涉仪器件的进一步研究和实用化奠定了基础。本文的主要工作内容如下:第一,设计了一种纤芯附近引入两个大圆空气孔的压缩栅格结构高双折射光子晶体光纤,采用全矢量有限单元法对该光子晶体光纤的双折射、色散及温度等特性进行了理论研究及大量数值模拟。研究发现,所提出的光子晶体光纤具有以下特点:1)在1550nm处可以获得5.0×10-3的相双折射,在长波长处群双折射为0,可以有效地降低偏振模色散对通信系统的影响;2)在长波长处x偏振方向（两个大圆空气孔方向）出现大的负色度色散,而相同波长处y偏振方向色度色散为正,可用于单一偏振方向上的色度色散补偿;3)温度稳定性好。第二,以Jones矩阵理论为基本理论,对高双折射光纤Sagnac干涉仪模型进行了理论推导,并对高双折射光子晶体光纤Sagnac干涉仪的传输函数进行数值模拟。第三,提出了基于纤芯附近引入两个大圆空气孔的压缩栅格结构高双折射光子晶体光纤Sagnac干涉仪的光滤波器,并对其温度特性及信道间隔调谐进行了理论分析和实验研究。分析结果表明,该滤波器具有温度不敏感、工作波长范围宽、信道间隔可调谐的优点。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-20
  1.1 光纤通信概述  9-10
  1.2 波分复用(WDM)/密集波分复用(DWDM)系统  10-13
    1.2.1 波分复用的基本概念  11
    1.2.2 波分复用系统的构成  11-12
    1.2.3 WDM/DWDM系统的特点  12-13
    1.2.4 WDM/DWDM系统中的光滤波器  13
  1.3 光滤波器的研究现状  13-17
    1.3.1 光束干涉滤波器  13-15
    1.3.2 基于光栅结构的滤波器  15-16
    1.3.3 模干涉滤波器  16-17
    1.3.4 有源滤波器  17
    1.3.5 光滤波技术的发展方向  17
  1.4 基于高双折射光子晶体光纤(Hi-Bi PCF)Sagnac干涉仪的光滤波器  17-18
  1.5 本论文的主要研究内容及创新点  18-20
第二章 光子晶体光纤的有限元分析方法  20-30
  2.1 数值分析方法概述  20-23
    2.1.1 有效折射率法  21
    2.1.2 平面波展开法  21
    2.1.3 多极法  21-22
    2.1.4 Galerkin方法  22
    2.1.5 有限差分法  22-23
    2.1.6 傅里叶分解法  23
    2.1.7 其他方法  23
  2.2 有限单元法  23-29
    2.2.1 基本计算过程  23-24
    2.2.2 磁场波动方程的泛函公式  24-25
    2.2.3 三角形边单元  25-26
    2.2.4 有限单元离散  26-27
    2.2.5 PML边界条件  27-29
  2.3 本章小结  29-30
第三章 高双折射光子晶体光纤特性研究  30-43
  3.1 研究背景  30-31
  3.2 基本原理  31-33
    3.2.1 基本概念  31-32
    3.2.2 光子晶体光纤的双折射效应  32-33
  3.3 高双折射光子晶体光纤的设计与计算  33-41
    3.3.1 理论分析模型  33-34
    3.3.2 相双折射和群双折射  34-36
    3.3.3 色散特性  36-37
    3.3.4 温度特性  37-39
    3.3.5 侧向压力对双折射效应的影响  39-41
  3.4 本章小结  41-43
第四章 基于光子晶体光纤双折射效应的光滤波器研究  43-61
  4.1 引言  43
  4.2 高双折射光子晶体光纤(Hi-Bi PCF)Sagnac干涉仪研究  43-53
    4.2.1 Jones矩阵法  43-48
    4.2.2 HBF Sagnac干涉仪的理论分析  48-51
    4.2.3 Hi-Bi PCF Sagnac干涉仪的数值模拟  51-53
  4.3 Hi-Bi PCF Sagnac干涉仪型滤波器的温度稳定性研究  53-55
    4.3.1 理论分析  53-54
    4.3.2 数值模拟  54
    4.3.3 实验研究  54-55
  4.4 Hi-Bi PCF Sagnac干涉仪型滤波器的信道间隔研究  55-60
    4.4.1 信道间隔与工作波长无关性研究  56-57
    4.4.2 信道间隔调谐研究  57-60
  4.5 本章小结  60-61
总结与展望  61-63
参考文献  63-68
发表论文和科研情况说明  68-69
致谢  69

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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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