用等效階躍光纖法和時域有限差分法研究光子晶體光纖.pdf

1、光子晶體光纖是基于光予晶體技術(shù)發(fā)展起來的新一代傳輸光纖，又稱為微結(jié)構(gòu)光纖或多孔光纖。它們在整個光傳輸方向的橫截面上均勻分布了許多周期性排列的空氣孔，正是這些空氣孔微結(jié)構(gòu)使光子晶體光纖呈現(xiàn)出傳統(tǒng)光纖難以實現(xiàn)的特性：大的單模傳輸區(qū)域，反常的色散特性和大的有效模場區(qū)域等。光子晶體光纖的導模機制有兩種：光子帶隙效應和全內(nèi)反射機制。本文研究的是由實芯石英棒構(gòu)成纖芯的全反射機制導模的光子晶體光纖。 本文用兩種方法對光子晶體光纖的特性進行了分

2、析：一種是基于平均折射率模型的多包層等效階躍光纖法(ESIFM)；另一種是時域有限差分法(FDTDM)。本文先從多包層等效階躍光纖法出發(fā)，提出了一種多包層結(jié)構(gòu)的環(huán)形光子晶體光纖。這種多包層光纖模型，由同種空氣孔均勻分布在該光纖包層的同心圓上，形成環(huán)狀光子晶體光纖。該類光纖可通過空氣孔直徑的大小及其排列方式和有效纖芯的大小，來調(diào)節(jié)其傳輸特性。在這種結(jié)構(gòu)的光纖中，其包層折射率可利用平均折射率模型的計算方法來獲得，即通過每一層的空氣孔半徑及其

3、占空比計算出該層的等效折射率及等效的折射率差。 本文詳述了時域有限差分法在光子晶體光纖中的應用，并對本文提出的環(huán)形光子晶體光纖的傳輸特性，色散特性，模場分布等進行了分析，其精確性優(yōu)于多包層等效階躍光纖法。數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)，光子晶體光纖在短波長時具有很好的導光性能；光場主要限制于第一空氣孔層之內(nèi)，說明光波在光子晶體光纖中的傳輸主要受到包層中第一空氣孔層的影響。隨空氣孔層層數(shù)增多，纖芯限制光的能力減弱，光場擴散到包層空氣孔中的強度增加；