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高双折射光子晶体光纤偏振器件的优化设计及性能分析

窦超  
【摘要】:光子晶体光纤具有结构灵活可调和高双折射的特性,利用它研制的新型偏振器件能够克服基于传统光纤的偏振器件存在的器件长度长、工作带宽窄等缺陷。本文利用有限元方法模拟了光在光子晶体光纤中传输时的模场分布、损耗和双折射特性。结合模式耦合理论,优化了光子晶体光纤的结构,分析了光子晶体光纤偏振滤波器和偏振分束器的性能。主要研究内容如下:首先,在y方向孔间距被压缩的菱形结构光子晶体光纤的芯区附近填充纳米金层,研究了孔间距和金层厚度的变化对两个正交偏振方向的表面等离子体共振波长的影响。通过改变孔间距和金层厚度,将y方向的共振波长调节到1550 nm通信窗口,实现了该窗口附近的单模单偏振滤波。其次,改变由大小两种空气孔垂直交叉排列的正方形结构光子晶体光纤的结构参数,研究了两种空气孔的直径变化对损耗曲线的影响。对比四组不同孔径的光纤传输特性,通过合理选择光纤参数,获得了1550 nm低损耗光子晶体光纤偏振滤波器。再次,改变金层填充的双芯光子晶体光纤的结构参数,研究了气孔的直径、间距和金层厚度变化对两个正交偏振方向的耦合长度及耦合长度的比值的影响。根据仿真结果优化光纤的结构,获得了菱形结构光纤1550 nm宽带偏振分束器、D型光纤1310 nm窄带偏振分束器和矩形结构光纤1550 nm窄带偏振分束器。最后,在矩形结构双芯光子晶体光纤的两芯之间放置两个椭圆形气孔,研究了椭圆形气孔的短轴长度对x和y方向的偏振耦合长度及耦合长度比的影响。通过改变两芯之间椭圆气孔的短轴长度来调制耦合长度的比值,获得了1310 nm和1550nm两个窗口的低损耗光子晶体光纤偏振分束器。


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