（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）基于模式耦合效應(yīng)的特種光纖和高階導(dǎo)模光子帶隙光纖的研究.pdf

l 目石日么匆o j o z 酶目右蓊 目b 日z 鴦釤o z 睜曰右蓊 露螄臺(tái) y 礎(chǔ)乙渺 黟蓊巖勤茸硯碼殺 的驄砰群牢茸縣g 翠捌翠茸識(shí)再殺朝避靜 琢珊瞠勒由暫鯽茸硯萃桑鱗釁蕈 j 燼 單髫國凹醉嘉娶刨 豳羈唑豳耍希相嘴衛(wèi) 掣哿礙圭畔酉島辨群簞?dòng)牲o 由繕茸濫箕 暫殂甄豳靜群 肇弭髟蔡封辨壕 單y 暫暈掣g 釁殖峰弓朝茸硯百殺徘譎血?dú)?覲革章習(xí)f 砰群 辨 暈群明茸嵌珥殺目班 禺哿 阜嘉 聯(lián)覃革習(xí)f 擲上弓華巖勃茸拱珂秦章 l g lm i ms lilllli 人洲 i l l i l i l i i i m i l 牮碑群甘科碑酣萃孤碼毒 一 日9 匆o i o 乙 嘉 娶莓革習(xí) 勃器 醉謠拐采牲姑 掣華延抱賜顯茸粵與身宦 環(huán)牟性雜 千斟 眙殤珂殺 千黝翱性串 群轔 牲謐 9 z o i i l 9 0 魯柔 嘉工 暗槧再殺 葦平覡 男驛螄臺(tái) 矍釋 琴輔導(dǎo)勘 s a o q ld e 8 p u e f lo u o l o q da p o w a o p a oa o 幣 hp t m8 u i d n o d9 p o w u op o s e f ls a o q di e o o d su o 天p n 了s 延抱朝拐采潮罌士槧辮畚蜘掣瞠揚(yáng)采牲甜明犁驥號(hào)群摹斡士霉 茸礅碼嘉千斟 嘉 蘚莓率q f 攔移 弼翠 l r 0 0 0 i 鈕封辮殺 i 乙9 乙s 乙n 工 魯槧髟固七b 一 致謝 首先要感謝恩師簡水生院士 本論文的工作是在您的悉心指導(dǎo)和不斷勉勵(lì)下 完成的 從最初的論文選題到最后的論文完成 都離不開您對(duì)我的關(guān)心和幫助 您博大精深的學(xué)術(shù)造詣 嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神深深地感染 著周圍的每一個(gè)人 也對(duì)我產(chǎn)生了極大的影響 指引我樹立正確的科學(xué)觀和人生 觀 您深深的愛國情 拳拳的赤子心以及憂國憂民的思想 無時(shí)無刻不在激勵(lì)著 我發(fā)奮圖強(qiáng) 在您的鼓勵(lì)下 我努力克服各種困難 在科學(xué)的世界里實(shí)現(xiàn)自身的 價(jià)值 尋找自己的快樂 在此 向恩師表示崇高的敬意和誠摯的感謝 還要特別感謝婁淑琴教授 在日常的學(xué)習(xí)和生活中您給予我很大的關(guān)心和幫 助 在我遇到困難時(shí) 您總是適時(shí)地找我談心 幫我排憂解難 您工作勤勤懇懇 學(xué)術(shù)思維活躍 跟您一起做實(shí)驗(yàn) 我受益匪淺 衷心感謝多年來您對(duì)我的指導(dǎo) 教誨 關(guān)心和幫助 還要感謝光波所的江中澳教授 延風(fēng)平教授 簡偉高工 裴麗教授 李唐軍 教授 寧提綱教授 陳根祥教授和王均宏教授給予我無私的指導(dǎo)和幫助 感謝p c f 組的方宏博士 郭鐵英博士 李宏雷 王立文 陳衛(wèi)國等同學(xué) 感謝m c v d 組的 魏淮副教授 傅永軍副教授 鄭凱博士 常德遠(yuǎn)博士 李堅(jiān)博士 王琳博士 彭 健 劉利松 張晨芳 汪瀅瑩 王靜 鄭晶晶等老師和同學(xué) 同你們?cè)诶碚撋系?討論和實(shí)驗(yàn)上的合作 使我不斷地取得進(jìn)步 感謝我的寢室好友馮素春同學(xué)和我 同甘共苦度過了五年的研究生時(shí)光 感謝博士班的班長毛向橋博士在我困難時(shí)總 是能夠提供及時(shí)的幫助 感謝衛(wèi)延博士和龔桃榮在數(shù)值仿真和算法上的討論和幫 助 感謝我的同級(jí)好友任文華博士 陸玉春 盧丹 耿蕊 陳明等 能有機(jī)會(huì)和 你們?cè)谝黄饘W(xué)習(xí)和生活 我倍感興奮 感謝李艷濤老師 王目光副教授 譚中偉 副教授 劉艷博士 董小偉博士 曹繼紅博士 王春燦博士 張帆博士 張峰博 士 秦曦博士 王燕花博士 呂博博士等在學(xué)習(xí)生活中的支持和幫助 另外 還要感謝英國巴斯大學(xué)光子與光材料中心的老師和同學(xué)們 在我留學(xué) 英國的一年里 通過和你們的合作交流 學(xué)術(shù)上我進(jìn)步了不少 感謝j o n a t h a nk i g h t 教授 生活和學(xué)習(xí)上給了我無微不至的關(guān)懷 淵博的學(xué)識(shí)豐富著我的科學(xué)思維 對(duì)人生的感悟啟發(fā)著我去思考世界 感謝t i mb i r k s 教授在理論和實(shí)驗(yàn)上對(duì)我細(xì)心 的指導(dǎo) 最后 感謝親愛的父母兄嫂 親戚朋友對(duì)我攻讀博士學(xué)位的理解和支持 借 此機(jī)會(huì)向你們表達(dá)我由衷的謝意 此論文算是我對(duì)你們一份微薄的回報(bào) 在此 還要感謝我的愛人楊梅女士 你的陪伴和鼓勵(lì)是我能圓滿完成學(xué)業(yè)的保證 能和 你在一起是我今生最幸福的事情 中文摘要 摘要 特種光纖及相關(guān)器件已廣泛應(yīng)用于光纖通信 光纖傳感 生物醫(yī)學(xué) 材料 加工和軍工等科技領(lǐng)域 在國家 8 6 3 計(jì)劃項(xiàng)目 通信用特種光纖 和國家自然 科學(xué)基金項(xiàng)目 色散 色散斜率一體化寬帶補(bǔ)償光子晶體光纖的研制及其應(yīng)用研 究 的直接資助下 本論文主要對(duì)基于模式耦合效應(yīng)的特種光纖進(jìn)行了深入的理 論和實(shí)驗(yàn)研究 同時(shí)對(duì)高階導(dǎo)模光子帶隙光纖進(jìn)行了一定的理論研究 取得的創(chuàng) 新性成果如下 1 基于彎曲光纖中的模式耦合效應(yīng) 采用線性擬合方法簡化超模式折射率間的差 值 推導(dǎo)出低彎曲損耗準(zhǔn)則的解析公式 基于該低彎曲損耗準(zhǔn)則 提出兩條典 型的低彎曲損耗傳輸路徑 最優(yōu)化彎曲路徑和線性彎曲路徑 同時(shí)指出線性 路徑長度參數(shù)是判斷低彎曲損耗傳輸路徑長短的重要參數(shù) 2 設(shè)計(jì)出一條滿足低彎曲損耗準(zhǔn)則的阿基米德螺旋線彎曲路徑 研制出帶有此螺 旋線路徑的芯軸部件 借助超連續(xù)譜光源和空間光路連接 對(duì)低彎曲損耗準(zhǔn)則 進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 研究表明光纖能夠通過低彎曲損耗路徑被彎曲至很小彎曲半 徑的緊彎曲狀態(tài) 該低彎曲損耗準(zhǔn)則可作為彎曲光纖實(shí)驗(yàn)和工程技術(shù)上的重要 理論依據(jù) 3 基于平面波展開模型和有限元模型 提出一種在光子帶隙光纖中快速尋找導(dǎo)模 的方法 該方法運(yùn)用一種空氣包層等效模型簡化了光子帶隙光纖的分析過程 數(shù)值模擬效率得到大幅度提高 在此基礎(chǔ)上 設(shè)計(jì)出一種全新的傳導(dǎo)高階模的 石英芯光子帶隙光纖 該光纖在高階模特性研究方面具有應(yīng)用潛力 4 基于同軸雙芯光纖的模式耦合效應(yīng) 設(shè)計(jì)了一種內(nèi)芯摻鍺 環(huán)芯為純石英的低 限制損耗大負(fù)色散雙芯光子晶體光纖 該光纖在1 5 5 0 n m 波長處負(fù)色散值達(dá)到 1 1 2 0 p s n m k m 該光纖包層最外圈采用了較大的空氣孔 使得在整個(gè)色散補(bǔ) 償?shù)牟ㄩL范圍內(nèi) 由光子晶體光纖特殊結(jié)構(gòu)引起的限制損耗減少了4 個(gè)量級(jí)以 上 在1 5 5 0 n m 波長處 光纖的限制損耗值僅為1 0 1 1 0 而d b k m 逐步完善管 束堆積制作方法 研制出不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的色散補(bǔ)償雙芯光子晶體光纖 5 運(yùn)用改進(jìn)的分步傅立葉方法求解非線性耦合模方程組 數(shù)值分析了對(duì)稱雙芯光 纖中的光脈沖傳輸 結(jié)果表明對(duì)稱雙芯光纖可以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)鎖模激光器中飽和吸 收體的作用 針對(duì)軸對(duì)稱雙芯光纖在實(shí)際應(yīng)用中的接續(xù)難題 研制出一種軸偏 移雙芯光纖 為滿足兩個(gè)芯子同時(shí)接入的特殊應(yīng)用需求 進(jìn)一步提出了一種扁 平結(jié)構(gòu)軸偏移雙芯光纖的制作方法 利用管束堆積制作方法研制出滿足不同需 求的對(duì)稱雙芯光纖 關(guān)鍵詞 模式耦合 特種光纖 彎曲損耗 光子晶體光纖 色散補(bǔ)償光纖 雙芯 光纖 制作工藝 分類號(hào) t n 2 5 2 a bs t r a c t a b s t r a c t s p e c i a lo p t i c a lf i b e r sa n d r e l a t e dd e v i c e sh a v eb e e nw i d e l yu s e di ns u c h f i e l d sa sf i b e rc o m m u n i c a t i o n f i b e rs e n s i n g b i o m e d i c i n e m a t e r i a l sp r o c e s s i n ga n d m i l i t a r yt e c h n o l o g ye t c t h i sd i s s e r t a t i o ni sd i r e c t l ys u p p o r t e db yt h en a t i o n a lh i g h t e c h n o l o g yr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tp r o g r a m so fc h i n a 8 6 3p r o g r a m s p e c i a l f i b e r sf o rc o m m u n i c a t i o n s a n dn a t i o n a ln a t u r es c i e n c ef u n d r e s e a r c ho nf a b r i c a t i o n a n da p p l i c a t i o no fp h o t o n i cc r y s t a lf i b e r sf o rb r o a d b a n dd i s p e r s i o na n dd i s p e r s i o ns l o p e c o m p e n s a t i o n s p e c i a lo p t i c a lf i b e r sb a s e do nt h em o d ec o u p l i n ge f f e c th a v eb e e n s t u d i e dt h e o r e t i c a l l ya n de x p e r i m e n t a l l y m o r e o v e r h i g h e ro r d e rm o d ep h o t o n i c b a n d g a pf i b e r sh a v e b e e ne x p l o r e dt h e o r e t i c a l l y t h em a i n a c h i e v e m e n t so ft h e d i s s e r t a t i o na r el i s t e da sf o l l o w s 1 b a s e do nt h em o d ec o u p l i n ge f f e c to fb e n tf i b e r t h em o d ee f f e c t i v ei n d e x d i f f e r e n c e sb e t w e e nt h et w os u p e r m o d e sa r ef i t t e dl i n e a r l y a n dt h ea n a l y t i c a l e q u a t i o no fl o wl o s sc r i t e r i o nf o rb e n dt r a n s i t i o n si sd e d u c e d b a s e do nt h i sl o w l o s sc r i t e r i o nf o rb e n dt r a n s i t i o n s t w ot y p i c a la d i a b a t i cb e n dt r a n s i t i o np a t h s t h e o p t i m u mp r o f i l ea n dt h el i n e a rp r o f i l e a r ep r o p o s e d i ti sp o i n t e dt h a tt h el e n g t h s c a l eo ft h el i n e a rp r o f i l ei sa ni m p o r t a n tp a r a m e t e rw h i l ed e s i g n i n ga na d i a b a t i c b e n dt r a n s i t i o np a t h 2 a na r c h i m e d e a ns p i r a lp r o f i l ei sd e s i g n e da sa na d i a b a t i cb e n dt r a n s i t i o np a t h a g r o o v e dm a n d r e li sf a b r i c a t e da n d t h eg e o m e t r yo ft h eg r o o v e dc u r v ef o l l o w st h e a r c h i m e d e a ns p i r a lp r o f i l e u s i n gas u p e r c o n t i n u u ms o u r c ea n daf i e es p a c el i n k t h el o wl o s sc r i t e r i o nf o rb e n dt r a n s i t i o n si sd e m o n s t r a t e de x p e r i m e n t a l l y i ti s s h o w nt h a taf i b e rc a nb et i g h t l yb e n t 謝也l o wl o s si ft h eb e n dt r a n s i t i o ni sg r a d u a l e n o u g ht ob ea d i a b a t i c i ti sa l s os h o w nt h a t t h el o wl o s sc r i t e r i o nf o rb e n d t r a n s i t i o n sc a nb ec o n s i d e r e dt ob ean u m e r i c a lv e r i f i c a t i o nf o rf u r t h e re x p e r i m e n t a l a n dp r a c t i c a li n v e s t i g a t i o n s 3 b a s e do nt h ep l a n ew a v em o d e l i n ga n dt h ef i n i t ee l e m e n tm o d e l i n g aq u i c km e t h o d i sp r o p o s e dt oe x p l o r et h eg u i d e dm o d e si np h o t o n i cb a n d g a pf i b e r s i nt h i sm e t h o d as i m p l i f i e dm o d e lw i t ha ne q u i v a l e n ta i rc l a d d i n gi sp r o p o s e dt os i m p l i f yt h e n u m e r i c a la n a l y s i s b a s e do nt h i sm e t h o d an o v e lp h o t o n i cb a n d g a pf i b e r 謝t l lp u r e s i l i c ac o r ei s d e s i g n e dt oc o n f i n ea n dg u i d eh i g h e ro r d e rm o d e sb yp h o t o n i c b a n d g a pe f f e c t s e x h i b i t i n gp o t e n t i a l sf o rr e s e a r c h o nh i g h e ro r d e rm o d e s 4 b a s e do nt h em o d ec o u p l i n ge f f e c t an o v e ld e s i g no fl o wc o n f i n e m e n tl o s sa n d h i g hn e g a t i v ed i s p e r s i o np h o t o n i cc r y s t a lf i b e r w h i c hc o m p r i s e so fag e d o p e d i n n e rc o r ea n dap u r es i l i c ar i n gc o r e w i t hah i g hd i s p e r s i o no f 一1 12 0p s n m k ma n d al o wc o n f i n e m e n tl o s so f 1 0 1 x 1 0 石d b k ma t t h ew a v e l e n g t ho f1 5 5 0 n mi s p r o p o s e d t h ec o n f i n e m e n tl o s s i sd e c r e a s e db yo v e rf o u ro r d e r so fm a g n i t u d e t h r o u g hi n t r o d u c i n gt h el a r g eh o l e si nt h em o s to u t e rr i n g t h es t a c k a n d d r a w f a b r i c a t i o nm e t h o di si m p r o v e da n ds o m ed u a l c o r ep h o t o n i cc r y s t a lf i b e r sw i t h d i f f e r e n ts t r u c t u r a lp a r a m e t e r sf o rd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o na r ef a b r i c a t e d 5 m o d i f i e ds p l i ts t e pf o u r i e rm e t h o di sf i r s t l yu s e dt os o l v et h en o n l i n e a rc o u p l e d m o d ee q u a t i o n s t h r o u g ht h en u m e r i c a la n a l y s i so fo p t i c a lp u l s ep r o p a g a t i o ni n t w i nc o r et 脅e r i ti ss h o w nt h a tt w i nc o r ef i b e rc a l lp l a yar o l eo fp a s s w e 珈i o d e 1 0 c k i n gd e v i c ea ss a t u r a b l ea b s o r b e r s t os p l i c et w i nc o r ef i b e rw i t hs t a n d a r d s i n g l em o d ef i b e r a na s y m m e t r i ct w i nc o r ef i b e ri sd e s i g n e d t oe x c i t ea n dd e t e c t o p t i c a ls i g n a l si nt h et w oc o r e s am e t h o df o rf a b r i c a t i n gaf l a ta s y m m e t r i ct w i n c o r ef i b e ri sp r o p o s e d s o m ek i n d so ft w i nc o r ef i b e r s a r ef a b r i c a t e dt om e e t d i f f e r e n tn e e d sb yt h es t a c k a n d d r a wf a b r i c a t i o nm e t h o d k e y w o r d s m o d ec o u p l i n g s p e c i a lf i b e r b e n tl o s s p h o t o n i cc r y s t a lf i b e r d i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o nf i b e r d u a l c o r ef i b e r f a b r i c a t i n gt e c h n i q u e c l a s s n o t n 2 5 2 目錄 中文摘要 v a b s t r a c t v i i 第一章緒論 1 1 1 模式耦合理論及光纖中的模式耦合效應(yīng) l 1 2 特種光纖及其制作工藝 2 1 3 彎曲光纖的損耗理論 3 1 4 新型光子晶體光纖的研究進(jìn)展 4 1 4 1 高階導(dǎo)模光子帶隙光纖 6 1 4 2 色散補(bǔ)償雙芯光子晶體光纖 7 1 5 雙芯光纖及其非線性模式耦合理論 8 1 6 本論文主要工作 9 參考文獻(xiàn) 1 1 第二章彎曲光纖中低損耗傳輸?shù)难芯?1 9 2 1 模式耦合理論 19 2 1 1 耦合模式 2 0 2 1 2 正規(guī)模式 2 2 2 2 彎曲光纖低損耗準(zhǔn)則的理論分析 2 4 2 2 1 彎曲光纖的等效傾斜折射率模型 2 5 2 2 2 彎曲光纖的低損耗準(zhǔn)則 2 6 2 2 3 低損耗彎曲路徑 2 9 2 3 彎曲光纖低損耗準(zhǔn)則的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 3 l 2 3 1 光纖的選擇 3 2 2 3 2 彎曲路徑的選擇及芯軸的制作 3 5 2 3 3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 3 8 2 3 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 4 4 2 4 小結(jié) 4 8 參考文獻(xiàn) 4 9 第三章新型光子晶體光纖的研究 5l 3 1 數(shù)值模型 5 2 3 1 1 有限元模型 5 2 3 1 2 平面波展開模型 5 7 3 2 高階導(dǎo)模光子帶隙光纖 5 8 3 2 1 光子帶隙光纖的包層結(jié)構(gòu) 5 9 3 2 2 光子態(tài)密度圖譜 5 9 3 2 3 模型構(gòu)建及結(jié)果分析 6 l 3 3 色散補(bǔ)償雙芯光子晶體光纖 6 4 3 3 1 色散補(bǔ)償?shù)幕痉绞?3 3 2 色散補(bǔ)償雙芯光子晶體光纖 6 6 3 3 3 色散補(bǔ)償光子晶體光纖的限制損耗 7 5 3 4 光子晶體光纖的制作 8 0 3 4 1 光子晶體光纖的制作平臺(tái) 8 1 3 4 2 光子晶體光纖的制作方法 8 1 3 4 3 色散補(bǔ)償光子晶體光纖的制作 8 3 3 5 小結(jié) 8 4 參考文獻(xiàn) 8 5 第四章對(duì)稱雙芯光纖及其非線性模式耦合的研究 9 2 4 1 對(duì)稱雙芯光纖中的非線性模式耦合理論 9 2 4 1 1 非線性耦合模方程 9 2 4 1 2 對(duì)稱雙芯光纖中光脈沖傳輸 9 4 4 2 對(duì)稱雙芯光纖的制作 9 6 4 2 1 軸對(duì)稱的對(duì)稱雙芯光纖的制作 9 6 4 2 2 軸偏移的對(duì)稱雙芯光纖的制作 9 8 4 2 3 雙芯光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化 1 0 2 4 3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建 1 0 3 4 3 1 空間光連接 1 0 3 4 3 2 熔接光纖連接 1 0 4 4 4d 結(jié) 10 4 參考文獻(xiàn) 10 5 第五章結(jié)束語 1 0 7 5 1 本論文的主要研究成果 1 0 7 5 2 下一步擬開展的工作 1 0 9 作者簡歷 111 獨(dú)創(chuàng)性聲明 1 1 5 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集 1 1 6 第一章緒論 第一章緒論 帚一早瑁y 匕 2 0 0 9 年1 0 月6 日瑞典皇家科學(xué)院宣布 將2 0 0 9 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予英國華裔 科學(xué)家高錕先生 以表彰高錕先生在 有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面 取得的突破性成就 1 對(duì)于每一個(gè)從事光纖領(lǐng)域的科研工作者來說 高錕先生為 我們打開一扇科研的大門 而這座大門里面的世界仍需要我們用心去創(chuàng)造 近年來 光纖及其相關(guān)技術(shù)發(fā)展推動(dòng)了光通信 光傳感 光器件及光網(wǎng)絡(luò)等 領(lǐng)域的研究進(jìn)程 基于模式耦合效應(yīng)的特種光纖 已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于光纖通信 光纖傳感和光電系統(tǒng) 傳統(tǒng)雙芯光纖已被應(yīng)用于多信道放大的增益均衡 2 分插 復(fù)用 3 以及全光非線性開關(guān) 4 雙芯光子晶體光纖已被應(yīng)用于色散和色散斜率補(bǔ) 償 5 1 0 彎曲光纖中芯區(qū)和包層的模式耦合理論已被應(yīng)用于分析光纖的彎曲損 耗 1 1 1 3 等 基于模式耦合效應(yīng)的特種光纖對(duì)進(jìn)一步提高光纖通信系統(tǒng)的性能 研究新型高性能的光纖器件及開拓新型的光纖傳感系統(tǒng)具有重要的意義和實(shí)用價(jià) 值 但如今國內(nèi)在此方面的研究相對(duì)落后 尤其是應(yīng)用于色散補(bǔ)償?shù)碾p芯光子晶 體光纖 國內(nèi)的制作工藝尚不夠成熟 而國外公司同類產(chǎn)品的價(jià)格昂貴 基于非 線性模式耦合效應(yīng)的被動(dòng)鎖模器件和光隔離器件 國內(nèi)的研究水平與國際上也存 在一定差距 本論文正是基于上述背景 結(jié)合國家 8 6 3 計(jì)劃項(xiàng)目 通信用特種 光纖 和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 色散 色散斜率一體化寬帶補(bǔ)償光子晶體光纖 的研制及其應(yīng)用研究 重點(diǎn)針對(duì)基于模式耦合效應(yīng)的特種光纖 開展了深入的理 論和實(shí)驗(yàn)研究工作 同時(shí)針對(duì)目前新型光纖的研究熱點(diǎn) 光子帶隙光纖進(jìn)行了 理論研究工作 1 1 模式耦合理論及光纖中的模式耦合效應(yīng) 1 9 5 4 年 j 1 lp i e r c e 在討論行波管的應(yīng)用時(shí) 首先提出了電磁場中的模式耦 合概念 1 4 同年 s e m i l l e r 在描述微波波導(dǎo)和無源器件時(shí) 引入了模式耦合理 論 1 5 很快 w h l o u i s e l l 在分析處理拉錐的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)時(shí) 對(duì)這個(gè)理論進(jìn)行了歸 納總結(jié) 1 6 早期的模式耦合理論方面的數(shù)學(xué)公式主要是基于能量守恒原理 隨后 s a s c h e l k u n o f f 利用模式展開 1 7 h a h a u s 利用變分原理 1 8 等方法分別建立 起公式化較強(qiáng)的耦合模方程 1 9 6 6 年 華裔科學(xué)家高錕先生和他的同事ga h o c k h a m 提出石英基玻璃纖維 可以運(yùn)用于長距離信息傳輸 1 9 帶來了光纖技術(shù)的快速發(fā)展 二十世紀(jì)七十年代 初 a w s n y d e r 2 0 d m a r c u s e 2 1 a y a r i v 2 2 先后將模式耦合理論引入光波 北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文 導(dǎo)之中 此后 模式耦合理論被廣泛應(yīng)用于光波導(dǎo)和光電器件中 例如波導(dǎo)型定 向耦合器 2 3 一 2 5 1 光纖耦合器 2 6 分布反饋激光器 2 7 分布布拉格反射 2 8 光柵耦合波導(dǎo) 2 9 偏振旋轉(zhuǎn) 3 0 導(dǎo)模和輻射模的耦合 3 l 以及集成光學(xué)和光纖 光學(xué)的各種定向耦合器 3 2 3 5 等 后來 模式耦合理論的應(yīng)用又?jǐn)U展到非線性效 應(yīng)引起的耦合 例如非線性耦合 h 器 3 6 3 7 1 光纖中的調(diào)制不穩(wěn)定性 3 8 光波導(dǎo) 中的諧波產(chǎn)生 3 9 等 針對(duì)各種波導(dǎo)結(jié)構(gòu) 基于模式耦合理論的分析模型不斷涌現(xiàn) 周期光柵結(jié)構(gòu) 4 0 4 1 1 多波導(dǎo)結(jié)構(gòu) 4 2 h 一4 多模結(jié)構(gòu) 4 5 4 6 各項(xiàng)異性介質(zhì) 4 7 1 4 8 拉錐結(jié)構(gòu) 4 9 5 3 等 利用模式耦合理論分析光波導(dǎo)中的模式耦合 分別從耦合模式和正規(guī)模式的 角度進(jìn)行分析 而且耦合模式和正規(guī)模式之間存在一定的關(guān)聯(lián) 5 4 模式耦合的基 本理論 是基于模式耦合效應(yīng)的光波導(dǎo)和光學(xué)器件的理論基礎(chǔ) 也是本論文的理 論出發(fā)點(diǎn) 不同的光纖結(jié)構(gòu)或者光學(xué)條件造成光纖的折射率分布發(fā)生變化 有可能在光 纖中引入模式耦合效應(yīng) 光纖中的模式耦合效應(yīng) 產(chǎn)生奇特的光學(xué)現(xiàn)象 呈現(xiàn)出 優(yōu)異的光學(xué)性能 近年來 基于模式耦合效應(yīng)的特種光纖在損耗 色散 非線性 等方面體現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì) 已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于光纖通信和光電系統(tǒng)中的相關(guān)器件 結(jié)合特種光纖中的模式耦合效應(yīng) 本論文對(duì)彎曲光纖的損耗理論 同軸雙芯光子 晶體光纖的色散補(bǔ)償理論以及對(duì)稱雙芯光纖的非線性模式耦合理論進(jìn)行了深入的 研究 1 2 特種光纖及其制作工藝 隨著光纖通信及其它光電子產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展 常規(guī)的單模和多模光纖已經(jīng)很 難滿足各種實(shí)際需求 特種光纖衍生的光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也異常迅速 特種光纖 的應(yīng)用相當(dāng)廣泛 除了應(yīng)用于光纖通信領(lǐng)域 還應(yīng)用于激光光源 偏振控制 材 料加工和傳感等眾多領(lǐng)域 所謂特種光纖 是相對(duì)于常規(guī)光纖來說的 由于光纖結(jié)構(gòu)和制作工藝的不同 特種光纖的種類眾多 有各種不同的分類方法 按結(jié)構(gòu)分類可以分為單芯光纖 雙芯光纖 多芯光纖 光子晶體光纖 液芯光纖 空芯光纖 螺旋光纖等 按材 質(zhì)分類可以分為石英光纖 塑料光纖 晶體光纖等 按用途分類可以分為傳能光 纖 傳感光纖 醫(yī)用光纖 照明光纖等 按所傳輸?shù)墓獠úǘ畏诸惪梢苑譃樽贤?光纖 紅外光纖 中紅外光纖等 按所傳輸?shù)墓馄駪B(tài)分類可以分為保偏光纖 非保偏光纖等 按是否摻有稀土元素分類可以分為有源光纖 無源光纖等 5 5 本 論文主要研究彎曲光纖 光子晶體光纖和對(duì)稱雙芯光纖三種類型的特種光纖 彎 2 第一章緒論 曲光纖 本論文僅考慮彎曲的常規(guī)光纖 嚴(yán)格意義上不屬于特種光纖的范疇 但 是光纖彎曲效應(yīng)致使橫截面有效折射率分布發(fā)生傾斜 造成彎曲光纖橫截面折射 率分布和常規(guī)光纖有很大不同 因此本論文把彎曲的常規(guī)光纖當(dāng)作一種特種光纖 進(jìn)行處理 光纖技術(shù)的發(fā)展離不開實(shí)驗(yàn)研究 光纖的制作工藝是實(shí)驗(yàn)研究的先決條件 隨著光纖技術(shù)的發(fā)展 特種光纖的制作工藝日趨成熟 特種光纖的制作工藝和常 規(guī)光纖的基本相似 大體上分為光纖預(yù)制棒的制作和預(yù)制棒拉絲兩個(gè)過程 目前 公認(rèn)的常規(guī)光纖預(yù)制棒的制作方法主要有改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積法 m c v d m o d i f i e dc h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n 外部汽相沉積法 o v d o u t s i d ev a p o rp h a s e d e p o s i t i o n 軸向汽相沉積法 v a d v a p o rp h a s ea x i a ld e p o s i t i o n 和等離子體 激活化學(xué)汽相沉積法 p c v d p l a s m ac h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n 摻雜型特種光 纖預(yù)制棒的制作 是在上述每一種制作方法的基礎(chǔ)上作細(xì)微的改進(jìn) 制作復(fù)雜結(jié) 構(gòu)的特種光纖 例如光子晶體光纖和雙芯光纖 還需要增加額外的制作工序 最常用的光子晶體光纖制作方法是管束堆積法 5 6 所謂管束堆積 就是把若 干毛細(xì)管和毛細(xì)棒堆積成各種類型光子晶體光纖的特定結(jié)構(gòu) 毛細(xì)管和毛細(xì)棒通 過商用的純石英管 純石英棒或者摻雜石英棒拉制得到 外徑一般是5 0 0 r m a 2 0 0 0 1 m a 比光纖的尺寸大1 個(gè)量級(jí)左右 將堆積好的特定結(jié)構(gòu)體填充進(jìn)外套管中 構(gòu)成光子晶體光纖的預(yù)制棒 再通過預(yù)制棒拉絲過程得到合適尺寸的光子晶體光 纖 實(shí)際上通過上述的光子晶體光纖預(yù)制棒較難直接拉制出光纖 因?yàn)楣饫w的尺 寸相對(duì)預(yù)制棒要小得多 拉制過程中光纖的橫截面結(jié)構(gòu)難以得到控制 通常會(huì)把 上述的光子晶體光纖預(yù)制棒拉制成尺寸較小的預(yù)制棒 然后套進(jìn)小套管中 再通 過熔融拉絲過程拉成最終的光纖 該過程被稱為二次拉絲 二次拉絲比一次拉絲 的成功率要高 但是工藝相對(duì)復(fù)雜 除了常用的管束堆積法 制備光子晶體光纖 的方法還有很多 擠壓法 5 7 澆鑄法 5 8 和溶膠凝膠法 5 9 等 制作雙芯光纖通常也采用管束堆積法 不同的是預(yù)制棒的套管中采用純石英 棒和摻雜石英棒填充 而不采用任何毛細(xì)管填充 1 3 彎曲光纖的損耗理論 光纖彎曲會(huì)引入彎曲損耗 如圖1 1 所示 彎曲的超連續(xù)譜光子晶體光纖之 所以亮度高是因?yàn)閺澢€路中存在較大程度的光泄漏 當(dāng)彎曲曲率超過一個(gè)特定 值時(shí) 光纖的彎曲損耗就會(huì)急劇增大 隨著光纖到戶通信系統(tǒng)和光纖傳感系統(tǒng)的 廣泛應(yīng)用 如何降低光纖的彎曲損耗成為研究者關(guān)注的熱點(diǎn) 6 0 6 l 近些年來 光纖研究者對(duì)光纖彎曲損耗的研究越來越深入 分析的角度也各有不同 6 2 6 5 北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文 圖l 一1 彎曲的超連續(xù)譜光子晶體光纖 光纖的彎曲損耗主要來自兩個(gè)不同的物理機(jī)制 傳輸損耗和純彎曲損耗 6 4 一方面 光纖從平直狀態(tài)彎曲到某一彎曲狀態(tài) 彎曲曲率的變化程度決定傳輸損 耗的大小 另一方面 當(dāng)光纖處于某一特定彎曲狀態(tài)時(shí) 光的散射會(huì)產(chǎn)生一定的 損耗 這就是純彎曲損耗 當(dāng)未涂敷的常規(guī)光纖彎曲時(shí) 由于光在彎曲光纖的外側(cè)比內(nèi)側(cè)行走的路程長 光纖橫截面的有效折射率分布就會(huì)發(fā)生一定程度的變化 這種變化可以用傾斜的 有效折射率分布表示 6 6 此時(shí) 光纖的內(nèi)芯和包層的外側(cè)類似定向耦合器的兩個(gè) 臂 根據(jù)模式耦合理論 纖芯模式就會(huì)和外側(cè)包層模式發(fā)生耦合 隨著彎曲曲率 的增大 光纖的有效折射率分布變得更加傾斜 其中包層外側(cè)的變化最為明顯 當(dāng)光纖達(dá)到某一彎曲狀態(tài)時(shí) 外側(cè)包層模式的有效折射率和纖芯模式的有效折射 率相等 此時(shí)纖芯模式和外側(cè)包層模式的場分布有足夠的重疊 二者就會(huì)發(fā)生強(qiáng) 烈耦合 當(dāng)光纖進(jìn)一步彎曲時(shí) 使得包層外側(cè)的有效折射率比纖芯處的有效折射 率大 此時(shí)包層模式則變成了基模 如果光纖包層的外圍有涂敷層 光就會(huì)進(jìn)一 步被涂敷層吸收 而對(duì)于未涂敷的彎曲裸光纖 光能夠在包層中傳輸很長一段距 離 基于上述彎曲光纖中的模式耦合效應(yīng) j d l o v e 和c d u m i a k 發(fā)現(xiàn)在光纖的 彎曲路徑中 只要減小基模和高階模的耦合 總的彎曲損耗就會(huì)變小 為了減小 彎曲路徑中的耦合效應(yīng) 沿著彎曲路徑的任一特定彎曲狀態(tài) 光纖彎曲曲率的變 化率都不能超過某一具體值 6 5 目前 降低光纖彎曲損耗的理論工作進(jìn)展深入 但是缺乏合理的實(shí)驗(yàn)對(duì)所提出的理論進(jìn)行具體驗(yàn)證 本論文基于彎曲光纖中的模 式耦合效應(yīng) 推導(dǎo)出低彎曲損耗準(zhǔn)則的解析公式 并借助合理的低彎曲損耗路徑 對(duì)該準(zhǔn)則進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 1 4 新型光子晶體光纖的研究進(jìn)展 光子晶體的概念最早由e y a b l o n o v i t c h 6 7 4 第一章緒論 1 9 9 2 年 p s t j r u s s e l l 將光子晶體的思想引入到光纖中 提出了光子晶體光纖的 概念 1 9 9 6 年 j c k n i g h t 等 5 6 研制出世界上第一根光子晶體光纖 光子晶體 光纖獨(dú)特的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)使其具有許多優(yōu)異特性 如無盡單模特性 6 9 靈活的色散 7 0 高模式雙折射 7 1 和極高的非線性系數(shù) 7 2 萋 蕾 萋 量 薹 莖 星 圖1 2 光子晶體光纖工作區(qū)圖譜 橫坐標(biāo)軸是歸一化的傳輸常數(shù)p 人 縱坐標(biāo)是歸一化的頻率 m a j c 7 3 圖1 2 顯示了光子晶體光纖的工作區(qū)圖譜 是光的角頻率 c 是真空中光速 盧是傳輸常數(shù) 么是光子晶體光纖的空氣孔間距 在任意傳輸介質(zhì)中 固定頻率光 模式的傳輸常數(shù)聲最大的可能值為k n m r d c 刀是傳輸介質(zhì)的有效折射率 對(duì)于 脈砌 光是能夠傳輸?shù)?對(duì)于胗砌 光是被禁止傳輸?shù)?圖1 2 中右上角給出了 普通三角格子光子晶體光纖示意圖 它的包層是由純石英和空氣孔構(gòu)成的折射率 周期分布的光子晶體結(jié)構(gòu) 空氣填充率是4 5 和常規(guī)光纖不同 光子晶體光纖 包層的光子晶體結(jié)構(gòu)的傳光范圍介于空氣和純石英之間 該光子晶體包層存在二 維光子帶隙 如 b y 9 的黑色手指形區(qū)域所示 其中光被完全禁止傳輸 1 區(qū)中的p 處位于光子晶體包層的光子帶隙中 如果選取光子晶體光纖的纖芯為空氣芯 光 能被束縛在空氣芯中 另外 如果光子晶體光纖的纖芯采用純石英芯 如3 區(qū)中 的q 處 光能在石英芯中傳輸 而不能在光子晶體包層中傳輸 光同樣能被束縛 在纖芯中 p 和q 處顯示的正是光子晶體光纖的兩種導(dǎo)光機(jī)制 前一種是帶隙導(dǎo) 光型 是光子晶體光纖特有的導(dǎo)光機(jī)制 后一種是全內(nèi)反射型 類似于常規(guī)光纖 的導(dǎo)光機(jī)制 采用這兩種導(dǎo)光機(jī)制的光子晶體光纖分別是光子帶隙光纖和全內(nèi)反 射光子晶體光纖 如圖1 3 所示 世界上第一根光子晶體光纖是全內(nèi)反射光子晶 體光纖 5 6 如圖1 3 a 所示 這種光子晶體光纖的研究起步相對(duì)較早 發(fā)展相對(duì) 迅速 光子晶體光纖全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)光纖的許多限制 成為近年來光纖 5 北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文 技術(shù)領(lǐng)域的亮點(diǎn)之一 光子晶體光纖及其相關(guān)技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于通信 傳感 光譜學(xué) 生物醫(yī)學(xué)以及軍工等眾多領(lǐng)域 隨之出現(xiàn)了多種多樣的新型光子晶體光 纖 本論文分別研究了光子帶隙光纖和全內(nèi)反射光子晶體光纖 首先 基于光纖 的數(shù)值模型 理論上提出了一種高階導(dǎo)模光子帶隙光纖 其次 在全內(nèi)反射光子 晶體光纖引入同軸雙芯結(jié)構(gòu) 利用雙芯間的模式耦合效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光通信波段的色散 補(bǔ)償 a c 圖1 3 不同類型光子晶體光纖的掃描電鏡圖像 s e m s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o g r a p h a 全 內(nèi)反射光子晶體光纖 6 9 b 蜂窩型光子帶隙光纖 7 4 1 c 空心光子帶隙光纖 7 5 1 4 1 高階導(dǎo)模光子帶隙光纖 1 9 9 2 年 p s t j r u s s e l l 提出光子晶體光纖概念的初衷是在光纖中引入光子帶 隙效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)光的導(dǎo)引 直到1 9 9 8 年 j c k n i g h t 等研究者才研制出第一根真正 意義上的光子帶隙光纖 7 4 如圖1 3 c o 所示 1 9 9 9 年 r ec r e g a n 在j c k n i g h t 研究工作的基礎(chǔ)上 設(shè)計(jì)了另外一種結(jié)構(gòu)的光子帶隙光纖 類似圖1 3 c 所示 在光子晶體結(jié)構(gòu)中心形成很大的空氣孔缺陷作為光通道 7 6 這兩種光子帶隙光纖 的內(nèi)芯都是空氣 導(dǎo)光原理如圖1 2 中的p 點(diǎn) 對(duì)圖1 2 作進(jìn)一步研究還可以發(fā) 現(xiàn) 對(duì)于2 區(qū)中黑色光子帶隙區(qū)域中的任一點(diǎn) 如果選取光纖的缺陷芯是石英 6 第一章緒論 光能夠得到束縛 這是一種全新的光子帶隙導(dǎo)光機(jī)制 2 0 0 8 年 j c f l a n a g a n 對(duì) 全內(nèi)反射光子晶體光纖的二維光予帶隙進(jìn)行研究 分析了存在于石英芯缺陷中的 基于光子帶隙效應(yīng)的光纖模式 7 7 在此基礎(chǔ)上 本論文在更為普遍的光子帶隙光 纖的包層結(jié)構(gòu)中引入石英缺陷芯 研究基于光子帶隙效應(yīng)的光纖模式 提出一種 傳導(dǎo)高階模式的新型光子帶隙光纖 理論上設(shè)計(jì)一種新型光纖 并對(duì)光纖特性進(jìn)行深入研究 必須依靠一套精確 的數(shù)值模型對(duì)其進(jìn)行仿真計(jì)算 隨著光子晶體光纖在業(yè)界引起越來越多科研人員 的關(guān)注 許多較為成熟的數(shù)值模型不斷涌現(xiàn) 它們分別通過標(biāo)量或者全矢量的方 式建立 例如有限元模型 7 8 1 8 5 有限差分模型 8 6 8 7 束傳播模型 8 8 8 9 和 平面波展開模型 9 0 1 9 2 等 在眾多的數(shù)值模型中 本論文選擇性地運(yùn)用了有限元 模型和平面波展開模型 有限元模型是一種電磁場模型 其主要思想就是把所要 研究的波導(dǎo)劃分成有限個(gè)微小單元 然后把所有單元的貢獻(xiàn)轉(zhuǎn)化為一個(gè)矩陣解本 征值的問題 有限元模型能夠分析各種結(jié)構(gòu)的光纖 包括常規(guī)光纖 特種光纖甚 至縱向非均勻的光纖 它還可以用于計(jì)算光子晶體光纖的限制損耗 但是有限元 模型程序設(shè)計(jì)復(fù)雜 需要較大的計(jì)算量 計(jì)算時(shí)需要較大的內(nèi)存空間 對(duì)計(jì)算條 件的要求較高 平面波展開模型是一種利用正弦函數(shù)進(jìn)行模式展開的數(shù)值模型 它不僅可以應(yīng)用于光子帶隙光纖 9 0 9 1 還可以應(yīng)用于全內(nèi)反射光子晶體光纖 9 3 9 4 特別是分析光子帶隙光纖時(shí) 它能夠方便快捷地分析光子帶隙結(jié)構(gòu) 給 出光子態(tài)密度圖譜 平面波展開模型的缺點(diǎn)是不能分析非周期復(fù)雜結(jié)構(gòu)的光纖 不能計(jì)算光子晶體光纖的限制損耗 本論文結(jié)合有限元模型和平面波展開模型 對(duì)新型的高階導(dǎo)模光子帶隙光纖進(jìn)行了探索性的理論研究 1 4 2 色散補(bǔ)償雙芯光子晶體光纖 研究表明 兩個(gè)分離同心芯構(gòu)成的雙芯光纖可以用于光纖通信中的色散補(bǔ)償 f 9 5 f 9 8 這種結(jié)構(gòu)的光纖支持兩個(gè)超模式 偶超模和奇超模 兩超模式間的強(qiáng) 耦合引起模式有效折射率曲線產(chǎn)生突變 使得偶超模中引入較大的負(fù)色散 奇超 模中引入較大的正色散 用于色散補(bǔ)償?shù)恼悄軌虍a(chǎn)生大負(fù)色散的偶超模 最初 的研究將此雙芯結(jié)構(gòu)應(yīng)用于常規(guī)光纖 中心芯和環(huán)芯采用摻雜石英 包層采用純 石英 為了增大雙芯光纖的負(fù)色散值 一般采用增大光纖芯包折射率差的方式 但是由于受到摻雜濃度的限制 很難獲得較大的負(fù)色散值 典型的色散值是 1 0 0 1 5 0 p s n m k m 另外 較大的摻雜濃度還會(huì)在光纖中引入較大的損耗 全內(nèi)反射光子晶體光纖的導(dǎo)光機(jī)制類似常規(guī)光纖 利用常規(guī)光纖能夠?qū)崿F(xiàn)的 光學(xué)特性 利用全內(nèi)反射光子晶體光纖能夠得到進(jìn)一步改善 本論文研究色散補(bǔ) 7 北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文 償雙芯光子晶體光纖時(shí) 把全內(nèi)反射光子晶體光纖簡單稱為光子晶體光纖 并能 夠和光子帶隙光纖區(qū)分開來 相比常規(guī)光纖 光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)靈活多變 能 夠?qū)崿F(xiàn)較大的折射率調(diào)節(jié) 研究者嘗試?yán)霉庾泳w光纖進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)墓ぷ?9 o 9 9 1 0 2 f g e r o m e 等首先把雙芯結(jié)構(gòu)引入光子晶體光纖 進(jìn)行色散補(bǔ)償 9 9 他們?cè)陔p芯光子晶體光纖的環(huán)芯中引入了一圈小孔徑空氣孔 實(shí)現(xiàn)1 5 5 0 n m 波長處一2 2 0 0 p s n m k m 的負(fù)色散值 但是在這種設(shè)計(jì)中 小孔徑空氣孔的直徑僅為 0 5 1 p m 很難實(shí)際制作出來 隨后 a h u t t u n e n 和p t o r m a 采用高折射率材料的 內(nèi)芯和缺失一圈空氣孔的環(huán)芯構(gòu)成相似的雙芯光子晶體光纖 獲得高達(dá) 一5 5 0 0 0 p s n m k m 的負(fù)色散值 1 0 2 較大的負(fù)色散值主要來自于有效折射率高達(dá) 1 5 2 8 的內(nèi)芯 如此高的有效折射率在實(shí)際的制作中很難實(shí)現(xiàn) 另外如此高的有 效折射率還會(huì)引入較大的損耗 使光纖中出現(xiàn)一系列的高階模 上述的色散補(bǔ)償 光子晶體光纖多停留在理論分析和數(shù)值模擬階段 第一根實(shí)際的色散補(bǔ)償雙芯光 子晶體光纖是由英國巴斯大學(xué)的b j m a n g a n 等人研制出來的 他們實(shí)現(xiàn)了色散和 色散斜率同時(shí)得到補(bǔ)償 國內(nèi)對(duì)這種雙芯光子晶體光纖的研究起步較晚 其中清 華大學(xué)的楊四剛等聯(lián)合烽火通信科技股份有限公司制作出色散值為 6 6 6 2 p s n m k m 的色散補(bǔ)償雙芯光纖 結(jié)構(gòu)和 1 0 2 中的類似 只是中心芯采用了 低鍺摻雜 1 0 3 本論文對(duì)色散補(bǔ)償雙芯光子晶體光纖進(jìn)行了理論分析和工藝研究 并采用特殊結(jié)構(gòu)降低了該光子晶體光纖的限制損耗 獲得低限制損耗的色散補(bǔ)償 雙芯光子晶體光纖 1 5 雙芯光纖及其非線性模式耦合理論 在1 4 2 部分提到的雙芯光纖結(jié)構(gòu)如圖1 4 a 所示 它是一種同軸雙芯光纖結(jié) 構(gòu) 包括一個(gè)中心圓芯和一個(gè)環(huán)芯 最初在光纖中引入兩個(gè)芯子 并不是同軸結(jié) 構(gòu)的 而是如圖1 4 b 所示的非同軸結(jié)構(gòu) 這種傳統(tǒng)的雙芯光纖結(jié)構(gòu) 源自于波 導(dǎo) 第一章緒論 于定向耦合器 1 0 4 波分復(fù)用器 1 0 5 增益平坦濾波器 1 0 6 1 0 7 可調(diào)諧衰減器 1 0 8 溫度傳感器 1 0 9 和非線性耦合器 1 1 0 等 各種用途的雙芯光纖都是基于雙 芯間的模式耦合效應(yīng) 在非同軸雙芯光纖中 光能量沿著光纖縱向在兩個(gè)纖芯之間耦合變換 當(dāng)高 強(qiáng)度的光通過雙芯光纖時(shí) 非線性效應(yīng)引起折射率分布發(fā)生改變