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几种特殊光子晶体光纤的设计及特性研究

作　者: 晏祖勇
导　师: 侯尚林；蒲忠胜
学　校: 兰州理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: 光纤光学光子晶体光纤矢量光束传输法平面波法色散平坦非线性温度光子带隙
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

光子晶体光纤也叫微结构光纤或多孔光纤，其截面是按一定规则排列的并且沿光纤长度不变的空气孔，光纤中心的缺陷形成纤芯。与传统光纤相比，光子晶体光纤结构的灵活设计可以获得许多独特的特性，例如无波长截止的单模传输，色散和非线性灵活可调性等。近年来引起了人们极大的兴趣。本论文主要研究全内反射型光子晶体光纤的色散和非线性以及带隙型光子晶体光纤的带隙特性，主要研究内容如下：1 .在传输系统中，色散的控制是非常重要的，尤其是为了实现近零超平坦色散特性。本文建立了填充高折射率温度系数液体的六边形折射率引导型光子晶体光纤的数值模型，利用矢量光束传输法研究了该类光纤的几何和光学参数对色散的影响，通过对孔径、孔间距等结构参数进行优化调整，设计出了在1 . 4 6μm至1.65μm波长范围内色散系数介于0±0 . 5 ps /(nm. km)之间的超平坦色散光子晶体光纤。液体乙醇是高折射率温度系数液体，因此研究了填充物的温度特性对该类光纤的色散、有效面积和非线性等的影响。结果表明，液体填充的光子晶体光纤的光特性随着温度变化显著。色散值在短波长范围，随着温度的升高而增大，在长波长范围则减小；在整个波长范围内温度越高，模场有效面积越小，非线性越大。分析了光纤空气孔填充液体对色散、模场有效面积和非线性等的影响。结果表明，在包层孔中填充液体会让色散更平坦,也可减小光子晶体光纤的非线性系数。计算结论为设计新的光通信器件或光传感器提供了理论基础。2 .采用矢量光束传播法对包层空气孔呈正方形分布的光子晶体光纤的非线性特性进行了数值模拟，分析了光子晶体光纤的结构参量空气孔间距、空气孔直径对有效面积和非线性系数的影响。计算结果表明，光子晶体光纤的非线性特性可通过调节结构参量灵活地调整。3 .利用全矢量平面波展开法，研究了六边形和正方形结构带隙型光子晶体光纤的带隙的分布特性。得出带隙型光子晶体光纤实现空气导光的条件。理论分析和数值模拟了带隙特性随光纤结构参数变化的关系。数值结果表明：带隙宽度随着d的增大而变宽；随着Λ的增大而变窄；随着包层孔填充的折射率增大，带隙宽度增大。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
第一章前言  11-13
  1.1 研究背景和意义  11-12
  1.2 论文的主要工作  12-13
第二章光子晶体光纤概述  13-20
  2.1 光子晶体  13-14
  2.2 光子晶体光纤  14-15
  2.3 光子晶体光纤的特性  15-16
    2.3.1 无截止单模传输  15-16
    2.3.2 大模场面积  16
    2.3.3 可调的色散特性  16
    2.3.4 奇异的非线性  16
    2.3.5 优良的双折射效应  16
  2.4 光子晶体光纤的制备  16-17
  2.5 光子晶体光纤的数值分析方法  17-18
  2.6 光子晶体光纤的应用前景  18-20
第三章近零超平坦色散液体填充光子晶体光纤的设计  20-30
  3.1 引言  20
  3.2 数值模型及理论分析  20-22
  3.3 孔间距和孔径对光子晶体光纤色散的影响  22-24
  3.4 制备过程引起的结构扰动对色散的影响  24-25
  3.5 温度对光纤特性的影响  25-27
  3.6 填充前后对光子晶体光纤特性的影响  27-30
第四章空气孔正方形排列的光子晶体光纤非线性特性的研究  30-36
  4.1 引言  30
  4.2 理论模型  30-31
  4.3 数值结果与分析  31-36
第五章带隙型光子晶体光纤带隙特性的分析  36-43
  5.1 引言  36-37
  5.2 PBG-PCF 空气导光条件的理论分析  37
  5.3 正方形结构 PBG-PCF 带隙结构的数值计算  37-40
    5.3.1 光子带隙随光纤包层孔孔径的变化关系  38
    5.3.2 光子带隙随光纤包层孔节距的变化关系  38-39
    5.3.3 光子带隙随光纤包层孔折射率的变化关系  39-40
  5.4 六边形结构 PBG-PCF 带隙结构的数值计算  40-43
    5.4.1 光子带隙随光纤包层孔孔径的变化关系  40-41
    5.4.2 光子带隙随光纤包层孔节距的变化关系  41-42
    5.4.3 光子带隙随光纤包层孔折射率的变化关系  42-43
结论与展望  43-45
参考文献  45-49
致谢  49-50
附录攻读学位期间所发表的学术论文目录  50

几种特殊光子晶体光纤的设计及特性研究

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