【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,人們對(duì)信息的傳輸容量及速度的要求越來越高,以光纖為代表的光波導(dǎo)也成為了信息傳輸?shù)闹饕d體,人們將光的頻率、偏振、空間模態(tài)分布等信息編碼為各式各樣的信道信息,通過光波導(dǎo)來進(jìn)行信號(hào)傳輸。其中提取分辨空間模態(tài)分布,優(yōu)化模式分辨效率具有十分重要的意義。已經(jīng)存在的可以實(shí)現(xiàn)模式分辨最常用的方法有基于終端切割探測(cè)的模式分辨技術(shù)和基于模式復(fù)用的模式分辨技術(shù),但第一種技術(shù)會(huì)切斷光的傳輸,第二種技術(shù)則會(huì)減少光能量,使得原有模式無法保持。我們利用泄漏模波導(dǎo)自身能量泄漏的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出的模式分辨器可以同時(shí)解決上述問題。本文第二章從有限元研究背景和求解電磁場(chǎng)的算法原理出發(fā),重點(diǎn)介紹了二維求解域上的有限元問題的具體求解步驟,并基于COMSOL軟件,使用有限元法模擬出了泄漏模式的模場(chǎng)。第三章通過類比雙層束縛模波導(dǎo)本征模式求解方法利用MATLAB軟件推導(dǎo)出了w型泄漏模波導(dǎo)模式本征解,并證明了解析解與仿真解的一致性。再根據(jù)w型泄漏模波導(dǎo)的泄漏模式特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一款由一個(gè)泄漏模波導(dǎo),兩個(gè)束縛模波導(dǎo)以及探測(cè)器陣列組成的模式分辨器。對(duì)于具有不同傳播常數(shù)的泄漏模式來說,可以用探測(cè)器檢測(cè)相關(guān)泄漏角完成模式分辨;對(duì)于具有相同傳播常數(shù)的簡并模式來說,可以利用探測(cè)器檢測(cè)泄漏光的能量分布完成模式分辨。該器件可以實(shí)現(xiàn)在不破壞初始信號(hào)完整性的情況下對(duì)光波導(dǎo)中的模態(tài)信號(hào)進(jìn)行在線提取和準(zhǔn)確分析,這將對(duì)光通信未來的發(fā)展具有十分重要的推動(dòng)意義。
【圖文】：

已經(jīng)開始研究泄漏模波導(dǎo)了。1956 年科學(xué)家 Marcuvitz 第一次給出了泄漏模式的，并首次把量子力學(xué)里的勢(shì)阱理論運(yùn)用到泄漏模式的研究中，并說明了泄漏模傳播常數(shù)為復(fù)數(shù)[1]。隨后的二十多年，Tamir、Oliner 及其同事發(fā)表了一系列論泄漏模式可能的性能進(jìn)行了總結(jié)和歸納[2-7]。1961 年，Cassedy 和 Cohn 第一次對(duì)模式進(jìn)行測(cè)量，他們證實(shí)了當(dāng)線電流源在接地介質(zhì)平板上方時(shí)泄漏模式是存在。1973 年，Hall 和 Yeh 對(duì)一個(gè)雙層波導(dǎo)進(jìn)行了研究，該波導(dǎo)包層的折射率比芯高，因此波導(dǎo)中只存在泄漏模式[9]。1975 年，Suematsu 和 Furuya 分析了 w 型波，同時(shí)，Kawakami 和 Nishida 創(chuàng)立了 w 型光纖波導(dǎo)理論[11]。后來科學(xué)家們運(yùn)用定理[12-15]和射線光學(xué)[15-18]等理論，對(duì)特征值方程進(jìn)行求解[9][11][19-21]，得到了泄漏的衰減系數(shù)，泄漏模波導(dǎo)泄漏部分模式的性能也逐漸被大家理解和掌握，并被應(yīng)用傳感和耦合領(lǐng)域[22-24]，還被用于調(diào)整裝置中的泄漏光角度以控制相關(guān)濾波[11][25][26]。

2 基于模式復(fù)用的模式分辨技術(shù)基于模式復(fù)用的模式分辨方法主要運(yùn)用了空分復(fù)用技術(shù)，而空分復(fù)用技術(shù)空間模式作為信息的載體進(jìn)行信息傳輸，這一技術(shù)已經(jīng)有很久的歷史了。于模式復(fù)用的模式分辨方法通過空分復(fù)用實(shí)現(xiàn)模式的分離提取，再識(shí)別。端切割探測(cè)的模式分辨技術(shù)相比，基于模式復(fù)用的模式分辨技術(shù)最大的優(yōu)在識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)中的光學(xué)模式的時(shí)候，不需要阻斷光信號(hào)的傳輸，，可以實(shí)的在線模式識(shí)別，但會(huì)使光能量減少并且無法保持原有的模式[35]。下面對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的幾種關(guān)鍵的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行簡單介紹。長周期光柵型模式分辨光纖光柵根據(jù)周期性的差異，可以分為兩大類，包括長周期光柵和短周期期光柵使用的是少模光纖，可以簡單有效地實(shí)現(xiàn)模式耦合，由此可以利用柵來完成模式復(fù)用結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN25

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉超;孫祺;柴雅婷;牟海維;;傾斜光纖光柵周期對(duì)其透射譜的影響[J];光學(xué)儀器;2014年01期

本文編號(hào)：2610833