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多组份玻璃全固体保偏光子晶体光纤的研制

作　者: 魏德亮
导　师: 邹快盛
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 光学工程
关键词: 保偏光纤 光子晶体光纤 全固体 有限元法
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本文论述了保偏光子晶体光纤的研究进展,结合稀土掺杂保偏光子晶体光纤的项目研究背景,采用相对于石英能获得更高的稀土离子掺杂浓度,且软化温度较低的多组份玻璃为材料,设计并成功制造了两种全固体结构的保偏光子晶体光纤。论文的主要工作内容可以概括为以下三个部分:1.采用全矢量有限元法分析了保偏光子晶体光纤的孔间距、大小孔直径、传输光波长以及不同折射率差对光纤双折射的影响;分析了不同结构参数下光纤基模的有效折射率和模场分布。在此基础上设计了两种全固体结构的保偏光子晶体光纤。2.采用传统的高温熔融工艺制备了铒镱共掺铅硅酸盐玻璃作为光纤的纤芯材料。通过测试其吸收光谱、荧光光谱和折射率,结合McCumber理论和Judd-Ofelt理论计算了该玻璃系统中Er3+离子4I13/2→4I15/2能级跃迁受激发射截面和荧光寿命。结果表明,该样品荧光寿命长,受激发射截面大,同时具有较弱的上转换发光等特性。因此该玻璃是一种良好的激光增益材料。简要讨论了光纤材料选择的匹配条件,选择WT58和H-K9L玻璃分别作为光纤的基底材料和孔填充材料。3.详细介绍了光子晶体光纤制备的工艺过程,采用毛细管堆积法成功拉制了所设计的两种保偏光子晶体光纤。对光纤端面结构、传输损耗、输出光偏振消光比、近场光斑图样和光纤横截面折射率分布等一系列参量进行了实验测试,结果表明该光纤的微结构保持良好,有效克服了传统光子晶体光纤制造过程中空气孔易于塌陷的困难,且具有较好的保偏特性。这说明了采用全固体结构设计具有高保偏性能且制造工艺简单的保偏光子晶体光纤是可行的。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-24
  1.1 光子晶体光纤简介  8-12
  1.2 保偏光子晶体光纤发展概述  12-17
    1.2.1 传统保偏光纤简介  12-13
    1.2.2 光子晶体保偏光纤的研究现状  13-17
  1.3 全固体光子晶体光纤的研究进展  17-20
  1.4 多组分玻璃光子晶体光纤的研究进展  20-22
  1.5 本文的研究意义及主要工作内容  22-24
第2章 保偏光子晶体光纤的理论分析  24-36
  2.1 几种光子晶体光纤理论研究方法的简介  24-25
    2.1.1 等效折射率法  24
    2.1.2 平面波展开法  24-25
    2.1.3 光束传播法  25
    2.1.4 时域有限差分法  25
  2.2 全矢量有限元法  25-27
    2.2.1 有限元方法简介  26
    2.2.2 有限元方法的基本步骤  26-27
  2.3 多组份玻璃全固体保偏光子晶体光纤的设计  27-34
    2.3.1 横排小孔保偏PCF的设计  27-31
    2.3.2 双大孔保偏PCF的设计  31-34
  2.4 本章小结  34-36
第3章 全固体保偏光子晶体光纤的材料选择  36-46
  3.1 纤芯材料的制备  37
  3.2 纤芯材料的性能分析  37-43
    3.2.1 McCumber理论  37-38
    3.2.2 Judd-Ofelt理论  38-39
    3.2.3 纤芯材料的实验测试  39-40
    3.2.4 结果与讨论  40-43
  3.3 基底材料和孔填充材料的选择  43-44
  3.4 本章小结  44-46
第4章 保偏光子晶体光纤的制备及测试  46-60
  4.1 光子晶体光纤的制备方法简介  46-49
    4.1.1 毛细管堆积法  46-47
    4.1.2 超声打孔法  47-48
    4.1.3 挤压法  48
    4.1.4 溶胶-凝胶法  48-49
    4.1.5 化学腐蚀法  49
  4.2 全固体保偏光子晶体光纤预制棒的制备  49-51
  4.3 光纤的拉制  51-52
  4.4 光纤端面测试  52-53
  4.5 偏振消光比测试  53-54
  4.6 光纤传输损耗测试  54-55
  4.7 光纤近场测试  55-59
  4.8 本章小结  59-60
第5章 总结与展望  60-62
  5.1 总结  60-61
  5.2 展望  61-62
参考文献  62-70
研究生期间发表的论文  70-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光纤元件
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