一种基于局域耦合模理论的光子灯笼全矢量数值分析方法技术

一种基于局域耦合模理论的光子灯笼全矢量数值分析方法，涉及光学技术领域。首先，通过数值计算或数学解析求解的方法得出光子灯笼在锥长范围内各横截面上的若干本征模场；随后，基于局域耦合模理论，计算出各局域模式之间的耦合系数；其次，通过三次样条插值方法，对耦合系数矩阵进行插值，得到纳米尺度上的连续耦合系数；随后，通过对任意输入模场进行模式成分分析，得到输入的本征模向量；最后，通过求解耦合模方程，得到光子灯笼中传输的任意模式的振幅，相位，偏振态等信息，最终实现光子灯笼的参数优化设计。该方法可以节约大量的计算成本同时保证了计算精度；对光子灯笼进行针对性的参数优化，为高效率光子灯笼的制造提供指导。

【技术实现步骤摘要】
一种基于局域耦合模理论的光子灯笼全矢量数值分析方法
本专利技术涉及一种基于局域耦合模理论的光子灯笼全矢量数值分析方法，在空分复用/解复用器以及光学耦合器件的设计与制备方面有广泛应用。
技术介绍
在光纤模分复用系统中，光子灯笼(PL)由于其插入损耗低、转化效率高、作为全光纤器件易于与光纤通信系统集成等特点，尤其是在同时复用多个模式上的优势，正逐渐成为模分复用/解复用器件的重点研究对象。理想的光子灯笼由于采用了不同芯径的少模/多模光纤以及优化的排布方式，不同的模组在由不同芯径的纤芯输入时将有较大的传播常数差，且模式数在输入端和输出端完全匹配，从而可以降低模式串扰和模式损耗。为了设计出高纯度、低插入损耗等特性的光子灯笼，需要在光子灯笼的优化排布的基础上对光子灯笼的参数进行优化设计。目前，有很多数值计算方法被应用于光子灯笼的优化设计，但都有其缺点或局限性。光束传播法(BPM)是进行光子灯笼模式传输特性分析的最常用方法。尽管BPM对于计算光子灯笼、模式选择耦合器等复杂锥形光纤器件有较大优势，但是随着器件长度增加，不仅耗时将大量增加，而且因累积计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于局域耦合模理论的光子灯笼全矢量数值分析方法，其特征是包括如下步骤：第1步：通过数值计算或数学解析求解的方法得出光子灯笼在锥长范围内各横截面上的若干本征模式及其传播常数；第2步：基于局域耦合模理论，计算出各本征模式之间的耦合系数；第3步：通过三次样条插值方法，对耦合系数矩阵进行插值，得到光子灯笼在纳米尺度上的连续耦合系数；第4步：通过对任意输入模场进行模式成分分析，得到输入模场的本征模向量；第5步：通过求解耦合模方程，得到光子灯笼中传输的任意模式的振幅、相位、偏振态信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于局域耦合模理论的光子灯笼全矢量数值分析方法，其特征是包括如下步骤：第1步：通过数值计算或数学解析求解的方法得出光子灯笼在锥长范围内各横截面上的若干本征模式及其传播常数；第2步：基于局域耦合模理论，计算出各本征模式之间的耦合系数；第3步：通过三次样条插值方法，对耦合系数矩阵进行插值，得到光子灯笼在纳米尺度上的连续耦合系数；第4步：通过对任意输入模场进行模式成分分析，得到输入模场的本征模向量；第5步：通过求解耦合模方程，得到光子灯笼中传输的任意模式的振幅、相位、偏振态信息。


2.根据权利要求1所述的一种基于局域耦合模理论的光子灯笼全矢量数值分析方法，其特征是：所述光子灯笼，既包括由多根单模或少模光纤、多芯光纤、光子晶体光纤等拉锥而成的锥形光纤器件，也包括横截面的形状不变，但在传播方向上几何尺寸呈锥形变化的任意波导，对波导所用材料不包含任何限制。


3.根据权利要求1所述的一种基于局域耦合模理论的光子灯笼全矢量数值分析方法，其特征是：所述局域耦合模理论，是指通过理论公式计算出局域模式之间的耦合系数，再利用数值求解方法求解耦合模方程，解出任意模式在任意截面上的振幅、相位、偏振态...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳格，陈思雨，郭慧毅，王志，刘波，张昊，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12