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光子晶体光纤选择性空气孔塌缩技术研究
作 者: 孙桂林
导 师: 姜宗福;侯静;陈子伦
学 校: 国防科学技术大学
专 业: 光学工程
关键词: 光子晶体光纤 后处理技术 选择性空气孔塌缩技术 纤芯变形光子晶体光纤 模式转化器
分类号: TN253
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
全内反射型光子晶体光纤(TIR-PCF)的选择性空气孔塌缩技术作为扩展PCF应用范围的重要技术手段之一,以及其在模场适配器、模式转化器等光学器件制作方面的特殊优势,在近年来成为国内外研究的热点。本文对PCF的选择性空气孔塌缩技术进行了详细地介绍,并对应用该技术制成的纤芯变形PCF和模式转化器进行了理论分析,以及相应的数值模拟和实验研究。主要内容包括以下几个方面:一、详细介绍了PCF选择性空气孔塌缩技术的实验装置、操作流程,并利用该技术实现了空气孔的选择性塌缩,提出了改进的措施和方向。同时对相应的拉锥和充气膨胀技术做了简要的介绍,并基于PCF的阶跃光纤近似设计了满足渐变性条件的PCF锥形结构;二、对圆形芯到矩形芯、环形芯,小纤芯到大纤芯的变形PCF中模场的传播过程进行了数值模拟,并利用选择性空气孔塌缩技术制作了四种比例的矩形芯和一种小纤芯到大纤芯、圆形芯到环形芯的变形PCF,测量了PCF纤芯变形一端的近场光斑和纤芯变形导致的能量损耗;并对拉锥与塌缩空气孔两种改变模场直径的方式进行了分析比较;三、探索了纤芯变形PCF的应用,提出了利用圆形芯到矩形芯的纤芯变形PCF连接矩形光源和普通单模光纤的方法,模拟结果显示这种连接方式相较于矩形光源和普通单模光纤直接相连的方式耦合损耗降低了3.9dB;四、利用普通单模光纤制作的非对称耦合器的理论分析了基于选择性空气孔塌缩的PCF模式转化器工作的基本原理,给出了利用选择性空气孔塌缩制作模式转化器的一般原则,并指出导致模式发生转化的是其中的双芯结构而不是K. Lai(Optics Letters, 2007, 32(4),328-330)等人所述的圆形芯到双芯之间的突变(Splice-like)结构。并据此设计和模拟了几种空气孔塌缩变形方式的LP01-LP11模式转化器,模拟结果证明了该推理的合理性;五、模拟计算了LP01-LP11和LP01-LP02两种模式转化器中光场的变化过程,得到了模式消失比和模式转化过程的能量损耗;利用选择性空气孔塌缩技术制作了两种模式转化器,测量了它们的出射近场光斑形状。
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全文目录
摘要 10-11 ABSTRACT 11-12 第一章 绪论 12-17 1.1 本课题研究背景及意义 12-13 1.2 光子晶体光纤后处理技术简介及国内外研究概况 13-15 1.2.1 光子晶体光纤后处理技术简介 13-14 1.2.2 国内外研究现状 14-15 1.3 本文主要内容及结构安排 15-17 第二章 光子晶体光纤的基本参数及数值计算方法 17-24 2.1 光子晶体光纤简介 17-20 2.1.1 光子晶体光纤的定义 17-19 2.1.2 光子晶体光纤的性质 19-20 2.2 光子晶体光纤的基本参数 20-23 2.2.1 纤芯半径的定义 20-21 2.2.2 V 参数 21-22 2.2.3 模场直径 22-23 2.3 光子晶体光纤的数值计算方法 23 2.4 小结 23-24 第三章 光子晶体光纤的后处理技术 24-37 3.1 光子晶体光纤的拉锥 24-28 3.1.1 光子晶体光纤的拉锥技术 24-25 3.1.2 锥形光子晶体光纤的设计原则 25-26 3.1.3 计算模型的建立 26-27 3.1.4 模拟结果与讨论 27-28 3.2 光子晶体光纤的膨胀拉锥技术 28-30 3.2.1 空气孔膨胀或塌缩的条件 28 3.2.2 空气孔膨胀或塌缩的实现 28-30 3.3 选择性空气孔塌缩技术 30-36 3.3.1 实验装置介绍 31-32 3.3.2 实验流程及注意事项 32-34 3.3.3 实验中遇到的问题及改进的方法 34-36 3.4 小结 36-37 第四章 全光纤纤芯变形光子晶体光纤 37-52 4.1 圆形芯到矩形芯的变形光子晶体光纤 37-44 4.1.1 模拟结果 38-39 4.1.2 圆形芯到矩形芯光子晶体光纤的制作 39-40 4.1.3 实验结果 40-41 4.1.4 矩形芯光子晶体光纤的应用 41-44 4.2 小纤芯到大纤芯的光子晶体光纤 44-48 4.2.1 模拟结果 44 4.2.2 小纤芯到大纤芯光子晶体光纤的制作 44-45 4.2.3 实验结果 45-46 4.2.4 拉锥与塌缩空气孔两种改变模场直径方式的比较 46-48 4.3 环形芯光子晶体光纤 48-50 4.4 小结 50-52 第五章 基于选择性空气孔塌缩的光子晶体光纤模式转化器 52-68 5.1 基于选择性空气孔塌缩的光子晶体光纤模式转化器 52-58 5.1.1 模式转换的基本原理 52-56 5.1.2 数值计算模型及模拟结果 56-58 5.2 LP_(01)-LP_(11) 模式转化器 58-63 5.2.1 模式转化器的制作 59-62 5.2.2 实验结果 62 5.2.3 讨论 62-63 5.3 LP_(01)-LP_(02) 模式转化器 63-67 5.3.1 模拟结果 64-65 5.3.2 LP_(01)-LP_(02) 模式转化器的制作 65-67 5.3.3 实验结果 67 5.4 小结 67-68 第六章 本文的研究成果、创新点及展望 68-70 致谢 70-71 参考文献 71-75 作者在学期间取得的学术成果 75
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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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