基于光子晶体光纤双折射效应的光滤波器分析

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1、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

2、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t1)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)在长波长烛偏振方向(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

3、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Sagnae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。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AbstractWaveleng

4、thDivisionMultiplexing(WDM)lDenseWavelengthDivisionMultiplexing(DWDM)alethekeytechnologiestoachievehigh·-speedandlarge—·capacitytransmissionofopticalfibercommunicationsystem．StabletunableopticalfilteriSoneofthekeydevicesinDWDMsystem．Inthisthesisanopticalfilterbasedonbi

5、refringenceinphotoniccrystalfiber(Hi·BiPCF)Sagnacloopinterferometerispresented，whichissupportedbynanjinKeyProjectofAppliedandBasicResearchProgramsunderGrantNo．043800911andtheKeyProjectofMinistryofEducationunderGrantNo．206006．T11isfilterhaspotentialapplicationsduetoitsa

6、dvantagessuchasinsensitivetotemperature，widewavelengthspan,tunablechannelspacingandSOon．，nlecharacteristicsofHi-BiPCFaretheoreticalanalyzedusingfull-vectorfinite-elementmethod．Inaddition,alargeamountofnumericalsimulationsbasedonJonesmatrixandexperimentsoftheopticalfilt

7、eraretaken,whichisbasedonHi-BiPCFSagnacloopinterferometer．T11isthesislaysafoundationforfurtherresearchandpracticalapplicationofHi—BiPCFSagnacloopinterferometer．：Themaincontentsare舔follows：First,akiIldofHi-BiPCF、7l，itlltwobigcircularairholesadjacenttothecoreandsqueezedh

8、exagonallatticeisproposed．nlecharacteristicssuchasbirefringence，dispersionandtemperatureoftheHi—BiPCFarestudiedusingf