新型光子晶體光纖的理論設(shè)計及其二階非線性效應研究.pdf

1、光子晶體光纖作為近十幾年來光纖技術(shù)領(lǐng)域中所取得的一項最了不起的成就，由于其眾多獨特的導光特性而備受關(guān)注。如今，隨著光子晶體光纖拉制技術(shù)的不斷改進和完善，光子晶體光纖已經(jīng)在光纖通信、傳感、生物醫(yī)學等多個領(lǐng)域得到了極為廣泛的應用。因此，對新型高性能光子晶體光纖的設(shè)計是一項持續(xù)而富有挑戰(zhàn)性的工作。本論文圍繞目前光子晶體光纖設(shè)計過程中所存在的幾個問題，設(shè)計了幾種高性能的新型光子晶體光纖，并對這些光子晶體光纖的導光特性做了詳細的理論研究，其主要的

2、研究內(nèi)容如下：
　　(1)對矩形晶格結(jié)構(gòu)光子晶體光纖內(nèi)的導模特性進行了理論研究，同時利用條形光波導中的模式命名方法對這些模式進行了命名。此外，我們還根據(jù)光子晶體光纖的最小波扇面和相應的邊界條件把光纖內(nèi)的導模分成了四類非簡并模。
　　(2)設(shè)計了一種新型的超高雙折射低損耗橢圓孔矩形晶格結(jié)構(gòu)光子晶體光纖。系統(tǒng)研究了光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)對其雙折射和限制損耗的影響，研究結(jié)果表明：該光子晶體光纖在波長1.55μm處的雙折射可以高達5

3、.62×10-2。此外，當光子晶體光纖在波長1.55μm處的雙折射高達4×10-2時，其x偏振模的限制損耗卻只有0.005dB/km。最后研究了光子晶體光纖在拉制過程中導致的結(jié)構(gòu)參數(shù)波動對其雙折射和限制損耗造成的影響，發(fā)現(xiàn)這種影響比較弱。
　　(3)設(shè)計了兩種新型的復合包層結(jié)構(gòu)的高非線性低損耗色散超平坦光子晶體光纖。通過優(yōu)化這兩種光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)，獲得了在波長1.3-1.6μm范圍內(nèi)色散值的波動幅度分別只有0.931ps/(nm

4、·km)和1.533ps/(nm·km)的超平坦色散以及低于0.001dB/km的超低限制損耗。與此同時，這兩種光子晶體光纖在波長1.55μm處的非線性系數(shù)分別高達23.833W-1km-1和29.654W-1km-1。此外，詳細分析了拉制過程中引入的參數(shù)誤差對光纖色散及非線性的影響，發(fā)現(xiàn)光纖的抗誤差能力非常強。
　　(4)設(shè)計了一種新型的正方形晶格結(jié)構(gòu)的狹縫光子晶體光纖。系統(tǒng)研究了這種狹縫光子晶體光纖的非線性及色散特性，發(fā)現(xiàn)此光

5、子晶體光纖在波長1.55μm處的非線性系數(shù)可以高達104W-1km-1量級。此外，只要合理設(shè)計光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)，就能夠把光纖的零色散波長移至1.55μm處。
　　(5)設(shè)計了一種新型的螺旋形晶格結(jié)構(gòu)的狹縫光子晶體光纖。通過對此光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使光纖中的準TE模和準TM模在波長1.55μm處的非線性系數(shù)都可以高達220W-1m-1以上。此外，它們的色散還可以在150nm的寬帶波長范圍內(nèi)實現(xiàn)超平坦化。最后分析了光纖的結(jié)構(gòu)