新型光子晶體光纖的理論設(shè)計(jì)及其二階非線性效應(yīng)研究.pdf

1、光子晶體光纖作為近十幾年來(lái)光纖技術(shù)領(lǐng)域中所取得的一項(xiàng)最了不起的成就，由于其眾多獨(dú)特的導(dǎo)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(jìn)和完善，光子晶體光纖已經(jīng)在光纖通信、傳感、生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。因此，對(duì)新型高性能光子晶體光纖的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)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(jì)過(guò)程中所存在的幾個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了幾種高性能的新型光子晶體光纖，并對(duì)這些光子晶體光纖的導(dǎo)光特性做了詳細(xì)的理論研究，其主要的

2、研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)對(duì)矩形晶格結(jié)構(gòu)光子晶體光纖內(nèi)的導(dǎo)模特性進(jìn)行了理論研究，同時(shí)利用條形光波導(dǎo)中的模式命名方法對(duì)這些模式進(jìn)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(yīng)的邊界條件把光纖內(nèi)的導(dǎo)模分成了四類非簡(jiǎn)并模。
　　(2)設(shè)計(jì)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(duì)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(zhǎng)1.55μm處的雙折射可以高達(dá)5

3、.62×10-2。此外，當(dāng)光子晶體光纖在波長(zhǎng)1.55μm處的雙折射高達(dá)4×10-2時(shí)，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(guò)程中導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)參數(shù)波動(dòng)對(duì)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(jì)了兩種新型的復(fù)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(guò)優(yōu)化這兩種光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)，獲得了在波長(zhǎng)1.3-1.6μm范圍內(nèi)色散值的波動(dòng)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(shí)，這兩種光子晶體光纖在波長(zhǎng)1.55μm處的非線性系數(shù)分別高達(dá)23.833W-1km-1和29.654W-1km-1。此外，詳細(xì)分析了拉制過(guò)程中引入的參數(shù)誤差對(duì)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(qiáng)。
　　(4)設(shè)計(jì)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(zhǎng)1.55μm處的非線性系數(shù)可以高達(dá)104W-1km-1量級(jí)。此外，只要合理設(shè)計(jì)光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)，就能夠把光纖的零色散波長(zhǎng)移至1.55μm處。
　　(5)設(shè)計(jì)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(guò)對(duì)此光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使光纖中的準(zhǔn)TE模和準(zhǔn)TM模在波長(zhǎng)1.55μm處的非線性系數(shù)都可以高達(dá)220W-1m-1以上。此外，它們的色散還可以在150nm的寬帶波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超平坦化。最后分析了光纖的結(jié)構(gòu)