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光子晶体光纤(PCF)又称多孔光纤(HF)或微结构光纤(MOF)，是一种具有由沿光纤轴向上紧密排列的一些有序或无序的空气孔构成的微结构包层的光纤，是基于光子晶体技术发展起来的新一代光纤。依据不同的导光原理，光子晶体光纤基本可分为折射率引导型光子晶体光纤(Index-Guiding PCF)和光子带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)两类。由于它具有很多奇异的特性，如无截止单模传输、可控色散、灵活非线性以及高双折射等，因此近年来光子晶体光纤引起了国内外广泛的关注，在近几年里迅速发展成为光纤通信、光纤传感和光电器件领域的一个研究热点。
本文利用半矢量有限差分法分析了双芯光子晶体光纤耦合器的耦合特性，在模拟分析的基础上提出一种能实现宽带耦合的双芯PCF结构。本论文的主要工作包括：
1、独立编写了用于模拟双芯光子晶体光纤特性的半矢量有限差分法MATLAB程序。
2、利用半矢量有限差分法求解了双芯光子晶体光纤横截面的模场分布和模式有效折射率，分析了双芯光子晶体光纤的结构参数对模式特性的影响。
3、通过半矢量有限差分法求解出双芯光子晶体光纤在不同结构参数以及不同光波长下的耦合长度，分析耦合长度随波长、孔径以及孔间距等参数的变化规律。
4、提出一种双芯光子晶体光纤宽带定向耦合器的设计。模拟分析表明：通过在光子晶体光纤的双芯内掺杂从而降低纤芯有效折射率可以显著改变双芯光子晶体光纤的耦合长度随波长变化的规律。通过优化选取PCF包层结构参数和纤芯掺杂浓度，最终设计出一种双芯PCF宽带耦合器，其在1.22～1.65μm的波长范围内具有非常平坦的耦合长度曲线，耦合长度的值稳定在26637μm±235μm的范围内。这种光纤耦合器克服了波长限制，在光传输系统尤其是全光通信和波分复用系统中有着极大的应用潜能。
5、对本文设计出的双芯光子晶体光纤宽带耦合器的功率耦合比的稳定性进行研究。把双芯光子晶体光纤宽带耦合器设计成耦合比为50％和10％的耦合器，通过数值计算表明：两种耦合器的耦合比稳定在(50±0.702)％以及(10±0.664)％的范围内，耦合比偏差均小于1％，体现了这种宽带耦合器良好的宽带耦合特性。