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光子晶体光纤数值孔径、模场直径的实验与理论研究

作　者: 郭艳艳
导　师: 侯蓝田
学　校: 燕山大学
专　业: 电路与系统
关键词: 光子晶体光纤数值孔径模场直径光谱仪多极法弯曲损耗限制损耗
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着光子晶体光纤理论研究的深入和制作工艺的完善,光子晶体光纤的应用领域得到了不断的拓展,并推动了光子晶体光纤的实用化进程。现在,光子晶体光纤的制作技术已经得到很大的提高,人们已经能拉制出各种结构复杂的光子晶体光纤。但是,所有理论方面的研究最终还要归于实验验证才能充分表明其正确性。本文从实验测量和数值模拟两个方面对光子晶体光纤的数值孔径和模场直径进行了研究。首先阐述了光子晶体光纤性能测试的现状,总结了传统光纤数值孔径、模场直径测量方法的优缺点。然后根据实际的需要提出了实验方案,设计用光谱仪来测量光子晶体光纤的数值孔径,在光波长为500~1 100 nm范围内研究了光波长、包层空气孔直径、孔间距等对光纤数值孔径的影响,并与多极法的理论模拟结果进行了比较。通过测得的不同光波长下的数值孔径对光纤的非线性系数、宏弯损耗、截止波长、模场面积等与光波长有关的参数进行了计算和分析。其次通过研究传统光纤模场直径的测量方法,对光子晶体光纤模场直径的测量,引入一个基于横向位移法和光斑法原理的实验系统来实现。在现有实验条件下自行搭建实验平台,测量了课题组拉制的三种不同结构的光子晶体光纤,计算了光子晶体光纤的模场直径,用CCD观察了光纤的模场分布,并用matlab程序将光纤的模场转化成三维光强分布图。最后基于光子晶体光纤结构设计灵活的特点,利用多极法对光子晶体光纤的几何结构和材料特性进行了深入的理论分析和数值计算,设计出一种新颖结构的大模面积单模掺镱光子晶体光纤,这对高功率光子晶体光纤激光器、放大器的发展具有重要意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题背景  10-12
  1.2 光子晶体光纤的实验测量  12-13
  1.3 光子晶体光纤研究目前存在的问题  13-14
  1.4 论文的研究内容和组织结构  14-16
第2章光子晶体光纤  16-28
  2.1 光子晶体光纤的发展  16-18
  2.2 光子晶体光纤的制备方法  18-20
  2.3 光子晶体光纤导光机制  20-21
  2.4 光子晶体光纤的特性和应用  21-26
    2.4.1 光子晶体光纤的特性  21-24
    2.4.2 光子晶体光纤的应用  24-26
  2.5 光子晶体光纤的数值分析方法  26-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章光子晶体光纤数值孔径的测量与数值研究  28-48
  3.1 引言  28-29
  3.2 光纤数值孔径的概念  29-30
  3.3 测试光纤数值孔径的传统方法  30-34
    3.3.1 折射近场法  30-33
    3.3.2 远场法  33
    3.3.3 远场光斑法  33-34
  3.4 实验方案的提出和测量过程  34-40
    3.4.1 基本原理  34-35
    3.4.2 实验装置和测量过程  35-40
  3.5 数值模拟和理论研究  40-45
    3.5.1 空气孔直径、空气孔间距对数值孔径的影响  40-42
    3.5.2 有效模面积、非线性系数与数值孔径的关系  42-44
    3.5.3 宏弯损耗、截止波长与数值孔径的关系  44-45
  3.6 本章小结  45-48
第4章光子晶体光纤模场直径的测量  48-64
  4.1 引言  48
  4.2 实验方案的提出  48-52
    4.2.1 各种测量方法的优缺点  48-49
    4.2.2 测量原理  49-51
    4.2.3 实验装置的搭建  51-52
  4.3 实验测试及结果图  52-62
    4.3.1 样品1 的测试及结果分析  52-57
    4.3.2 样品2 的测试和结果分析  57-59
    4.3.3 样品3 的测试和结果分析  59-62
  4.4 实验中存在的问题  62-63
  4.5 本章小结  63-64
第5章大模面积光子晶体光纤的设计  64-74
  5.1 引言  64
  5.2 基本理论  64-66
  5.3 数值模拟结果与分析  66-73
  5.4 本章小结  73-74
结论  74-76
参考文献  76-82

光子晶体光纤数值孔径、模场直径的实验与理论研究

内容摘要

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