多芯光子晶體光纖的特性研究.pdf

1、光子晶體光纖是一種由周期性排列的規(guī)則空氣孔組成的帶有線缺陷的二維光子晶體光纖,可以將光限制在缺陷中傳播。近年來由于其獨特的光學(xué)特性和靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計而受到廣泛關(guān)注。多芯光子晶體光纖因其具有多個纖芯,可以實現(xiàn)更大的模場面積以及更新穎的導(dǎo)光特性,因而在光纖定向偶合器、光纖激光器、波分復(fù)用器等方面具有巨大的應(yīng)用潛力,并成為新一代光電子功能器件研究領(lǐng)域中的焦點,因此基于多芯光子晶體光纖特性的理論研究具有重要的現(xiàn)實意義。本文以正方形五芯光子晶體光纖

2、和三角形七芯光子晶體光纖為例,探究了其結(jié)構(gòu)參數(shù)對耦合特性、同相位模光強分布、模間色散以及限制損耗的影響,為制作基于多芯光子晶體光纖的光器件提供理論依據(jù)。本文研究內(nèi)容如下:
　　研究基于全反射型正方形排列的五芯光子晶體光纖的耦合特性,從耦合模理論方程解出該結(jié)構(gòu)光纖的本征值和本征矢,根據(jù)其五個超模的特性研究模式和耦合特性之間的關(guān)系,給出耦合長度的計算方法。利用全矢量有限元法詳細分析了基于正方形排列的五芯光子晶體光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)對耦合特性的

3、影響,為合理設(shè)計基于多芯光子晶體光纖的定向耦合器提供理論依據(jù)。
　　其次利用全矢量有限元法對三角形排列的七芯光子晶體光纖進行數(shù)值模擬,分析不同工作波長以及光纖結(jié)構(gòu)對光場強度分布的影響,通過調(diào)整光纖結(jié)構(gòu)實現(xiàn)各個纖芯同相位模具有一致的光強度,達到模式整形的目的。為了消除七芯光子晶體光纖中的模間色散,通過纖芯摻雜使得七芯光子晶體光纖在通信波段1.31μm和1.55μm模間色散為零,并研究了纖芯大小和摻雜濃度對零模間色散波長的影響。在此基

4、礎(chǔ)上討論了零模間色散七芯光子晶體光纖的模式整形,調(diào)整結(jié)構(gòu)使得模間色散為零的波長處實現(xiàn)同相位模在各個纖芯的均勻分布,使得入射光模間互不干擾的同時有效吸收抽運光,提高輸出功率。
　　最后研究包層層數(shù)對限制損耗的影響,通過增加層數(shù)可以使得限制損耗的數(shù)量級達到10-7dB/m,并分析纖芯大小、纖芯折射率以及空氣填充率對限制損耗的影響,為制作低損耗光纖提供理論依據(jù)。
　　本文研究能為多芯光子晶體光纖的設(shè)計提供理論依據(jù),同時對基于多芯光