基于模式耦合效應(yīng)的特種光纖和高階導(dǎo)模光子帶隙光纖的研究.pdf

1、特種光纖及相關(guān)器件已廣泛應(yīng)用于光纖通信、光纖傳感、生物醫(yī)學(xué)、材料加工和軍工等科技領(lǐng)域。在國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目“通信用特種光纖”和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“色散、色散斜率一體化寬帶補(bǔ)償光子晶體光纖的研制及其應(yīng)用研究”的直接資助下,本論文主要對(duì)基于模式耦合效應(yīng)的特種光纖進(jìn)行了深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究,同時(shí)對(duì)高階導(dǎo)模光子帶隙光纖進(jìn)行了一定的理論研究。取得的創(chuàng)新性成果如下:
　　 1.基于彎曲光纖中的模式耦合效應(yīng),采用線性擬合方法簡(jiǎn)化超模式折

2、射率間的差值,推導(dǎo)出低彎曲損耗準(zhǔn)則的解析公式。基于該低彎曲損耗準(zhǔn)則,提出兩條典型的低彎曲損耗傳輸路徑——最優(yōu)化彎曲路徑和線性彎曲路徑,同時(shí)指出線性路徑長(zhǎng)度參數(shù)是判斷低彎曲損耗傳輸路徑長(zhǎng)短的重要參數(shù)。
　　 2.設(shè)計(jì)出一條滿足低彎曲損耗準(zhǔn)則的阿基米德螺旋線彎曲路徑,研制出帶有此螺旋線路徑的芯軸部件,借助超連續(xù)譜光源和空間光路連接,對(duì)低彎曲損耗準(zhǔn)則進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究表明光纖能夠通過(guò)低彎曲損耗路徑被彎曲至很小彎曲半徑的緊彎曲狀態(tài),該

3、低彎曲損耗準(zhǔn)則可作為彎曲光纖實(shí)驗(yàn)和工程技術(shù)上的重要理論依據(jù)。
　　 3.基于平面波展開(kāi)模型和有限元模型,提出一種在光子帶隙光纖中快速尋找導(dǎo)模的方法。該方法運(yùn)用一種空氣包層等效模型簡(jiǎn)化了光子帶隙光纖的分析過(guò)程,數(shù)值模擬效率得到大幅度提高。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出一種全新的傳導(dǎo)高階模的石英芯光子帶隙光纖,該光纖在高階模特性研究方面具有應(yīng)用潛力。
　　 4.基于同軸雙芯光纖的模式耦合效應(yīng),設(shè)計(jì)了一種內(nèi)芯摻鍺、環(huán)芯為純石英的低限制損耗

4、大負(fù)色散雙芯光子晶體光纖,該光纖在1550nm波長(zhǎng)處負(fù)色散值達(dá)到-1120ps/nm/km。該光纖包層最外圈采用了較大的空氣孔,使得在整個(gè)色散補(bǔ)償?shù)牟ㄩL(zhǎng)范圍內(nèi),由光子晶體光纖特殊結(jié)構(gòu)引起的限制損耗減少了4個(gè)量級(jí)以上;在1550nm波長(zhǎng)處,光纖的限制損耗值僅為1.01×10-6dB/km。逐步完善管束堆積制作方法,研制出不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的色散補(bǔ)償雙芯光子晶體光纖。
　　 5.運(yùn)用改進(jìn)的分步傅立葉方法求解非線性耦合模方程組,數(shù)值分析了對(duì)