● 摘要
近年来，光子晶体光纤以其灵活多样的结构设计特点以及传统光纤无法比拟的导光和控光特性备受关注，在光纤激光器、高灵敏度光纤传感、光通信、非线性光学器件、高功率光传输等领域中体现出了广泛的应用潜力，在某些领域已经获得突破性进展。然而，光子晶体光纤的结构特性同样使得其耦合技术成为光子晶体光纤应用中的局限，针对其特殊的结构和特性，研究了光子晶体光纤的相关耦合技术。本文对光子晶体光纤的模场特性、耦合特性以及分立式光纤耦合技术做了较为全面的分析和仿真研究，设计了基于分波阵面原理的分支型光子晶体光纤耦合器以及基于多棱渐变折射率透镜的1×N耦合方法。
（1）利用平面波展开的分析方法，研究了光子晶体光纤的模场特性。通过例举典型结构的光子晶体光纤，分析了其截面空气孔对模场大小的影响因素；在此基础上，对锥形光子晶体光纤的模场特性进行了研究，分析了其在光子晶体光纤耦合中的应用价值。
（2）讨论了研磨式光子晶体光纤耦合现象及其在制作光子晶体光纤光纤耦合器中面临的问题，在此基础上提出了基于分波阵面原理的、共纤芯的分支型光子晶体光纤耦合器，给出了较为详细的制作方法。对其进行的仿真表明，在充分的对准精度下，该耦合器的附加损耗来源主要是两个分支光纤的夹角，而其分光比将主要取决于共纤芯区各光纤纤芯所占比例。
（3）研究了高斯光束的性质和传输规律，为分立器件式光纤耦合技术的研究提供理论指导；研究分析了径向渐变折射率透镜的光学特性以及在高斯光束模场变换中的优势，分析了渐变折射率透镜在高斯光束变换中的一般设计方法，并对高斯光束到光纤的耦合损耗做了讨论。
（4）提出了一种基于单个多棱径向渐变折射率(p-GRIN)透镜的1×N光纤耦合方法，通过将透镜前端镜面加工成多斜面棱镜（如屋脊型或棱锥型等）实现1×N耦合，并建立了用于求解点光源发出的光束在GRIN透镜斜面入射后聚焦位置的通用算法。通过对该方法在ZEMAX下建模分析，实现了在1×3多光纤耦合中91.3%的耦合效率，以及单芯光纤到三芯光纤中93.48%的耦合效率。