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随着光纤通信技术的发展和信息化时代的到来,对通信容量和频宽需求不断提高的情形下,光纤耦合器扮演的角色日益重要。作为构成光纤网络重要的组成部分,单模光纤耦合器在光纤测量技术、光纤传感器、光纤接入系统等领域中的一种应用广泛的无源器件。对光纤耦合器而言,目前国内的研究范围主要集中在分光比控制,制作上艺改进等方面,却一直没有较为符合实际情况的理论模型,可以整体的分析耦合器制作过程,这使得在研究制作光纤耦合器过程中存在一定的盲目性,更多的是经验的积累和工艺的摸索。
在本论文中,首先,从基本光耦合理论出发,具体考虑熔融拉锥型光纤的几何结构,同时在偏振态方面对光纤耦合器的耦合理论提出修正,建立了较为符合实际情况的理论模型,实现了熔融拉锥制作过程的模拟,其结果与实验有较好的对应,相符较好。
其次,填补了目前缺少整个拉锥过程的整体光谱分析研究的空白,具体分析了不同熔烧长度和拉锥距离对光纤耦合器的光谱响应的影响:熔烧长度和拉锥距离越长,会使光谱响应的波包数量越多,振荡越密集,且调制慢包络所含有的快速振荡越少,对光谱响应越敏感,且光谱响应周期倒数与拉伸长度近似呈线性关系,并从实验中予以验证其合理性和实效性。
接着,基于建立的耦合器模型,研究了980nm、1310nm、1480nm和1550nm等常用通信波段的波分复用(WDM)情况,得到了波分复用的两个波长间隔越小,所需要的振荡周期越多,拉伸长度越长,并由此推广到其他波长的情况下,给出了拉伸长度与波长间隔的关系曲线图,由此能够有效的指导具体的实验操作,提高了制作效率。
最后,通过分析拉锥过程的某些特定位置,得剑了可以实现偏振分离和60nm的波段范围内的宽带耦合功能的特殊耦合器件,同时提出了基于2×2耦合器实现三波复用的新型器件,通过两个波分复用器件的级联,拓展全光纤器件的功能。
本文中光纤耦合器模型的建立,可有效减少实际器件研制中的盲目性,通过对拉制过程的宏观分析,可以得到不同拉制条件下的不同性质,由此可以更高效的制作耦合器件,对其在不同领域中更深入的研究的应用有一定的指导意义。