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光子晶体光纤理论及其端面处理研究

作　者: 武文彬
导　师: 郑义
学　校: 北京交通大学
专　业: 光学
关键词: 有限元法光子晶体光纤掺镱光子晶体光纤激光器光纤端面处理热效应
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

因光子晶体光纤灵活的结构设计特点和优异的特性,以及在大功率光子晶体光纤激光器上广泛的应用,成为人们研究的焦点。本文在理论对光子晶体光纤特性进行了模拟分析；在实验上研究了光子晶体光纤端面处理对光纤激光器输出功率的影响。通过改变光子晶体光纤结构的几何尺寸,数值模拟了光子晶体光纤的有效折射率、色散、非线性、损耗等特性；设计了一种带隙在红外区域,低损耗的带隙型光子晶体光纤。实验上分析了掺镱光子晶体光纤激光器实验中输出功率受限降低的原因,通过对光子晶体光纤端面处理的实验证实了端面研磨对输出功率的影响,并给出了端面处理工艺上的方法和经验。根据热传导理论,模拟分析了实验中的所用的光子晶体光纤端面热效应温度分布情况,设计了实验的光子晶体光纤激光器水冷装置。随着光纤激光器应用的范围越来越广,如何设计光子晶体光纤和解决光纤激光器中的关键技术问题,对光纤激光器未来的发展具有非常重大的意义。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
目录  8-10
1 绪论  10-16
  1.1 引言  10
  1.2 光子晶体  10-11
  1.3 光子晶体光纤及其分类  11-13
    1.3.1 全内反射型光子晶体光纤(折射率引导型光子晶体光纤)  11-12
    1.3.2 带隙型光子晶体光纤  12-13
  1.4 光子晶体光纤的特性  13-14
  1.5 光子晶体光纤激光器国外研究进展  14
  1.6 本论文研究的主要内容  14-15
  1.7 本章小结  15-16
2 研究光子晶体光纤常用的数值分析方法  16-23
  2.1 平面波展开法  16-18
  2.2 有限元法  18-21
    2.2.1 有限元法的基本步骤  18-19
    2.2.2 推导有限元矩阵计算式的方法  19-21
  2.3 其他数值计算方法  21-22
    2.3.1 时域有限差分法  21
    2.3.2 超格子法  21
    2.3.3 多极法(MULTIPLE METHOD)  21-22
    2.3.4 矢量有效折射率法(THE EFFECTIVE-INDEX APPROACH)  22
  2.4 本章小结  22-23
3 光子晶体光纤的数值模拟  23-36
  3.1 光子晶体光纤的模拟步骤  23-26
    3.1.1 建立理论模型及设定初始参数  23-24
    3.1.2 划分网格并进行求解  24-26
  3.2 光子晶体光纤特性分析  26-31
    3.2.1 有效折射率  26-27
    3.2.2 有效模式面积  27-28
    3.2.3 非线性特性  28-29
    3.2.4 色散特性  29-31
    3.2.5 损耗特性  31
  3.3 带隙型光子晶体光纤的设计  31-35
  3.4 本章小结  35-36
4 连续掺Yb~(3+)光子晶体光纤激光器理论与实验分析  36-42
  4.1 连续掺Yb~(3+)光子晶体光纤激光器理论  36-38
    4.1.1 光子晶体光纤激光器的工作原理  36
    4.1.2 YB3+离子的能级跃迁  36-37
    4.1.3 光子晶体光纤激光器的功率传输方程  37-38
  4.2 掺Yb~(3+)光子晶体光纤激光器的实验  38-41
    4.2.1 实验概述  38-39
    4.2.2 实验结果  39-40
    4.2.3 实验分析  40-41
  4.3 本章小结  41-42
5 光子晶体光纤的端面处理实验与热效应理论  42-49
  5.1 光子晶体光纤端面处理实验  42-44
    5.1.1 光子晶体光纤切割实验步骤  42-43
    5.1.2 手动研磨实验  43-44
    5.1.3 端面处理结论  44
    5.1.4 手动研磨经验  44
  5.2 高功率光子晶体光纤激光器的热效应分析  44-47
  5.3 水冷系统的设计  47-48
  5.4 本章小结  48-49
6 总结与展望  49-50
参考文献  50-52
作者简历  52-54
学位论文数据集  54

光子晶体光纤理论及其端面处理研究

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