負(fù)折射率介質(zhì)光子晶體光纖損耗特性的研究.pdf

1、隨著信息社會(huì)的到來(lái)，人們對(duì)信息量的需求不斷提高，目前大量出現(xiàn)的傳輸速率在數(shù)兆比特每秒的圖像通信、高清晰寬帶網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)以及高速局域網(wǎng)(LAN)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)等新業(yè)務(wù)，都促使光纖通信系統(tǒng)向超高速率、超大容量、超長(zhǎng)距離的方向發(fā)展。密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)就是適應(yīng)這種發(fā)展而產(chǎn)生的。在DWDM系統(tǒng)中，理想的光纖應(yīng)該是具有很小的衰減、適當(dāng)?shù)纳?、較大的有效面積、很低的PMD、理想的彎曲特性等。實(shí)際使用的光纖很難同時(shí)滿(mǎn)足這些要求。人們

2、開(kāi)始尋求研制新型光纖以取代常規(guī)光纖，為進(jìn)一步增加光網(wǎng)絡(luò)的容量，提升光網(wǎng)絡(luò)的性能掃除障礙。 本文討論的負(fù)折射率介質(zhì)光子晶體光纖(NIM-PBGFs)就是其中的一種新型光纖。負(fù)折射率介質(zhì)和光子晶體以其獨(dú)特的光學(xué)特性，近年來(lái)引起了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，日益成為理論和實(shí)驗(yàn)研究的熱點(diǎn)。在負(fù)折射率物質(zhì)中電場(chǎng)、磁場(chǎng)和波矢遵從左手法則，具有反常的電磁現(xiàn)象，如負(fù)折射、倏逝波放大、反常多普勒效應(yīng)、反常切倫可夫輻射等。PBGFs具有獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)，使得

3、其能以獨(dú)特的機(jī)理--光子帶隙效應(yīng)導(dǎo)光。獨(dú)特的導(dǎo)光機(jī)理造就了光子晶體光纖獨(dú)特的傳輸特性：可控的波導(dǎo)色散特性、理論上極低的損耗和極低的非線(xiàn)性效應(yīng)。如果將兩種材料結(jié)合之后，是否能夠?qū)饫w的損耗特性產(chǎn)生影響呢? 由于NIM-PBGFs具有復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)和組成材料，電磁波理論難以得到精確的解析解，只能通過(guò)采用數(shù)值方法進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，對(duì)NIM-PBGFs導(dǎo)光特性、損耗特性進(jìn)行分析研究。本文首先提出一種負(fù)折射率介質(zhì)光子晶體光纖的新結(jié)構(gòu)，采用平

4、面波方法(PWM)研究NIM-PBGFs的帶隙特性；在此基礎(chǔ)上利用頻域有限差分法(FDFD)研究NIM-PBGFs的損耗特性。數(shù)值分析結(jié)果表明：選擇高填充率的結(jié)構(gòu)、特定的缺陷尺寸和負(fù)折射率值，都能有效地減小NIM-PBGFs損耗。通過(guò)選擇特定的結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到了最低損耗達(dá)到0.18dB/km、傳輸帶寬為1220nm～4100nm的NIM-PBGFs。同時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)晶格結(jié)構(gòu)為四邊形時(shí)，NIM-PBGFs具備傳統(tǒng)PBGFs所沒(méi)有的帶隙導(dǎo)光效應(yīng)。最