發(fā)布時間：2017-03-27 19:13

  本文關(guān)鍵詞：熔融拉錐光纖耦合器特性的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著光纖通信技術(shù)的快速發(fā)展,光纖器件在光通信領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,其中熔錐型光纖耦合器已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的光纖無源器件。就其各項特性指標(biāo)而言熔錐型光纖耦合器也是最具代表性的一類器件。為滿足不斷發(fā)展的光纖通信行業(yè)的需求,光纖耦合器正在朝多功能,高性能的方向發(fā)展。因此,對各類光纖耦合器的性能的探究是十分必要的,通過對光纖耦合器件特性的分析,總結(jié)出不同類型的光纖耦合器的性能特點,可以進(jìn)一步優(yōu)化器件的性能,為設(shè)計更多類型的耦合器產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。首先本文對單根光纖的結(jié)構(gòu)及光在光纖中的傳輸特性,光纖耦合器的常用的加工制作方法,熔錐型光纖耦合器的類型及其常用的理論分析方法做了全面的概述。介紹了光纖的結(jié)構(gòu)特點及光束在光纖中的傳輸原理。并對光纖耦合器的制作方法,包括腐蝕法、拋磨法及熔融拉錐法做了介紹。其中熔融拉錐法因其成本低,操作簡單,易于控制,制作的耦合器性能優(yōu)異等優(yōu)勢,得到國內(nèi)外廣大廠商的青睞,此種加工方法應(yīng)用最為廣泛,文中對熔融拉錐系統(tǒng)做了較為詳細(xì)的描述。對通過熔錐法制作的對稱型及非對稱型耦合器做了簡單介紹。并講述了研究光纖耦合器的幾種方法,包括耦合模理論,有限元法和光束傳播法。其中光束傳播法由于其計算準(zhǔn)確,占用空間小,計算時間少等優(yōu)點而應(yīng)用與波導(dǎo)中光傳輸?shù)姆治�。本文就是利用此種方法對耦合器的特性做出探究。然后,文中利用耦合模理論對普通光纖耦合器的分光比進(jìn)行了分析,說明了耦合模理論的復(fù)雜性�；谌廴诶F光纖耦合器在拉錐過程中光纖錐形的漸變特性和光纖之間熔融度的變化特點,結(jié)合熔融拉錐過程中兩光纖間熔融度變化特點,構(gòu)建了光纖耦合器在拉制過程中波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的變化模型。并首次利用光束傳播法原理對普通光纖耦合器拉錐過程進(jìn)行數(shù)值模擬,得到了耦合器輸出光功率隨拉伸長度的變化規(guī)律以及耦合器的能量分布圖,并得到了耦合器在拉伸過程中的損耗曲線。分析可得拉伸長度的增加和熔融度增大,都會使光纖之間的耦合效應(yīng)越顯著。并通過實驗方法制作光纖耦合器并實時監(jiān)測耦合器制作過程中分光比變化特性,實驗得出的曲線結(jié)果同仿真結(jié)果高度一致,驗證了理論仿真的正確性,并且還表明不同的拉制條件會影響光纖間熔融度的大小,氫氣流量大,拉伸速度小,光纖熔融度就大。通過對不同拉伸長度的耦合器模擬計算得到的光場分布,可看出拉伸長度不大時,錐形區(qū)的耦合可以忽略；隨著拉伸長度的增加,光纖變細(xì),錐形區(qū)的耦合效應(yīng)變得越來越明顯；同時光場也逐漸由纖芯向外發(fā)散,由此會產(chǎn)生附加損耗。最后,介紹了非對稱熔錐型光纖耦合器可以展寬帶寬的原理。依據(jù)寬帶耦合器的結(jié)構(gòu)特點建立熔錐型寬帶耦合器即非對稱光纖耦合器模型。并利用光束傳播法對此分別對不同直徑比,熔融度的模型進(jìn)行仿真計算,得出了非對稱光纖耦合器隨拉伸長度的分光比變化曲線及損耗曲線,并計算得出帶寬曲線。結(jié)果顯示,與對稱型光纖耦合器分光比特性不同的是兩光纖間能量產(chǎn)生了不完全轉(zhuǎn)換,且兩光纖間直徑偏差大小會影響分光比特性,通過對其帶寬特性的仿真發(fā)現(xiàn)非對稱結(jié)構(gòu)可以增加其帶寬。熔融度變化大的耦合器其損耗會多一些。因此直徑比及熔融度大小會影響此類耦合器的帶寬特性。通過對這些特性的分析發(fā)現(xiàn)在制作寬帶耦合器是要注重光纖的預(yù)拉伸長度及火焰大小,拉伸速度的設(shè)定,及對光纖預(yù)拉伸長度的控制。這些不僅會影響光纖耦合器的帶寬,也會使其損耗增多。本文中將實驗與仿真相結(jié)合,找出影響耦合器性能的制作工藝參數(shù),這對耦合器的實際加工制作具有指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：熔錐型光纖耦合器 光束傳播法 分光比 損耗 帶寬
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN253
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章：緒論9-13
• 1.1、光纖耦合器概述9
• 1.2、光纖耦合器的發(fā)展及應(yīng)用9-10
• 1.2.1、光纖耦合器的發(fā)展9-10
• 1.2.2、光纖耦合器的應(yīng)用10
• 1.3、熔錐型光纖耦合器特性的研究背景10-11
• 1.4、本課題主要內(nèi)容和創(chuàng)新點11-13
• 1.4.1、研究的主要內(nèi)容11
• 1.4.2、創(chuàng)新點11-13
• 第二章：光纖耦合器的制作與研究方法13-23
• 2.1、光纖的結(jié)構(gòu)及光束在光纖中的傳輸13-14
• 2.1.1、光纖的結(jié)構(gòu)13
• 2.1.2、光束在光纖中的傳輸13-14
• 2.2、光纖耦合器的制作方法14-15
• 2.2.1、腐蝕法14
• 2.2.2、拋磨法14-15
• 2.2.3、熔融拉錐法15
• 2.3、熔錐型光纖耦合器15-17
• 2.3.1、對稱熔錐型光纖耦合器15-16
• 2.3.2、非對稱熔錐型光纖耦合器16-17
• 2.4、光纖耦合器特性17
• 2.4.1、分光比17
• 2.4.2、附加損耗17
• 2.4.3、帶寬特性17
• 2.5、對光纖耦合器的研究方法17-21
• 2.5.1、耦合模理論17-18
• 2.5.2、有限元法18
• 2.5.3、光束傳播法18-21
• 2.6、本章小結(jié)21-23
• 第三章：對稱熔錐型光纖耦合器的仿真與實驗研究23-36
• 3.1、對稱型光纖耦合器的耦合模分析23-24
• 3.2、對稱型光纖耦合器的熔融度及模型24-27
• 3.3、數(shù)值模擬和分析27-32
• 3.3.1、分光比特性27-32
• 3.4、制作光纖耦合器并探究其特性32-34
• 3.5、仿真模擬與實驗結(jié)果的對比34
• 3.6、本章小結(jié)34-36
• 第四章：非對稱熔錐型光纖耦合器的模擬仿真36-47
• 4.1、非對稱熔錐型光纖耦合器理論分析36-37
• 4.2、非對稱熔錐型光纖耦合器模型37-39
• 4.3、BPM仿真模擬39-45
• 4.3.1、分光比39-41
• 4.3.2、損耗特性及耦合器中的能量分布特點41-43
• 4.3.3、帶寬特性43-45
• 4.4、兩種光纖耦合器特性的對比45
• 4.5、本章小結(jié)45-47
• 主要結(jié)論與展望47-49
• 主要結(jié)論47
• 展望47-49
• 致謝49-50
• 參考文獻(xiàn)50-53
• 附錄：作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文53

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本文編號：270920