双D型孔椭圆芯光纤设计与特性分析

论文摘要

光纤偏振器是产生与检测偏振光的重要光无源器件,是大容量相干通信,高灵敏度光纤传感系统以及精密光纤计量系统的关键部件。设计并开发一种新型的高消光比、低损耗、集成度高的光纤偏振器对推动光通信、光纤陀螺等偏振相关系统的迅速发展有着重要的作用。石墨烯材料制备技术的不断完善及其优良的物理特性,为光纤偏振器提供了一种新型的材料,本论文利用石墨烯可调谐的特性研究了一种新型的基于石墨烯材料的光纤偏振器。现将主要工作总结如下:首先利用MatLab软件对石墨烯的电导率与介电常数的公式进行编程,分析石墨烯材料的电学特性,为石墨烯材料在偏振器中的应用提供理论基础。从波动理论出发分析光波导的传输特性与模式理论,并介绍了基于全矢量有限元分析方法的求解过程以及这种方法在光纤分析中应用的基本思路。然后提出了一种双D型孔光纤,利用基于有限元法的COMSOL Multiphysics软件对双D型孔光纤进行建模仿真,主要分析了光纤的模式特性、双折射特性、倏逝场特性。分析了入射波长,光纤参数对光纤双折射及其倏逝场的影响,由仿真结果可以得出当纤芯距离D型孔为0.1μm时,光纤的双折射可以达到3.8×10-4,D型孔内倏逝场的能量百分比可以达到1.2%,为下一步在D型孔内铺覆石墨烯制作光纤偏振器提供了理论依据。最后仿真模拟了在D型孔内铺覆单层石墨烯材料时光纤的偏振特性,主要分析了入射波长,光纤参数与石墨烯参数对光纤传输特性的影响。由仿真结果得出,当光纤长度为2.5 mm时,对于TM-pass偏振器其消光比可以达到24.1 dB,对于TE-pass偏振器其消光比可以达到42.5 dB,而且通过调整石墨烯材料的参数,在1.31μm与1.55μm为中心波长处,可以实现双带宽的效果。本文提出的这种光纤偏振器一方面利用椭圆芯加强石墨烯与纤芯的作用面积,另一方面通过在上下两个D型孔内铺覆石墨烯,增强光与石墨烯的作用强度。相比于已经提出的光纤偏振器,其消光比有很大的提升,并且光纤长度也更趋近于集成化。这种高消光比、低损耗、小型化、可调控的光纤偏振器在偏振相关系统中会有比较好的应用前景。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈姗姗

导师: 李立

关键词: 双型孔光纤,石墨烯,偏振器,消光比

来源: 哈尔滨工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 哈尔滨工程大学

分类号: TN253

总页数: 74

文件大小: 3851K

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