若干新型微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計與關(guān)鍵特性分析.pdf

1、納米技術(shù)與光學(xué)技術(shù)的發(fā)展與交叉結(jié)合，促進(jìn)了光子晶體的誕生。作為光子晶體的一項重要應(yīng)用成果，微結(jié)構(gòu)光纖的出現(xiàn)標(biāo)志著一類新型光纖的問世；與傳統(tǒng)光纖相比，它具有許多無可比擬的優(yōu)良特性，如：無盡單模傳輸、奇異的色散特性、高度可控的非線性系數(shù)和高雙折射特性等。近年來，微結(jié)構(gòu)光纖的研究與發(fā)展引起了廣泛的興趣，并凸顯出“新結(jié)構(gòu)、新材料、新應(yīng)用”等幾大主題。 本論文圍繞微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計與關(guān)鍵特性分析進(jìn)行了探索性的理論研究，內(nèi)容主要集中在新型

2、微結(jié)構(gòu)光纖的設(shè)計與數(shù)值建模，偏振特性、模式特征、色散及非線性特性分析等方面，主要工作如下： 1．分析并總結(jié)了用于仿真微結(jié)構(gòu)光纖的多種數(shù)值算法的主要特點(diǎn)及適用場合，建立了基于全矢量有限元法的微結(jié)構(gòu)光纖數(shù)值仿真模型，分析了多模光子晶體光纖的模式特征；建立了非線性全矢量有限元仿真模型，并對仿真模型的可靠性和準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗證，該模型考慮了非線性克爾效應(yīng)的影響，可用于分析強(qiáng)光注入下的穩(wěn)態(tài)特性。 2．首次分析了橢圓形高折射率芯Bra

3、gg光纖的偏振和色散特性，詳細(xì)討論了光纖結(jié)構(gòu)參量對模式雙折射度的影響，發(fā)現(xiàn)這種光纖的模式雙折射度在10<'-3>量級，比傳統(tǒng)保偏光纖高出一個量級，且隨波長的增加而單調(diào)遞增；提出了高折射率橢圓芯Bragg光纖結(jié)構(gòu)并分析了其偏振特性，詳細(xì)討論了光纖結(jié)構(gòu)參量對模式雙折射度以及群速度走離的影響，發(fā)現(xiàn)高折射率橢圓芯Bragg光纖的模式雙折射度可達(dá)10<'-2>量級，比傳統(tǒng)保偏光纖至少高出一個量級，并且表現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)保偏光纖的群速度走離特性。

4、 3．首次深入分析了擠壓型光子晶體光纖的限制損耗及其偏振相關(guān)性，得出了限制損耗及其偏振相關(guān)性與光纖結(jié)構(gòu)參量之間的依賴關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上，揭示了擠壓型光子晶體光纖作為單偏振光纖的應(yīng)用潛力。 4．提出一種基于諧振吸收效應(yīng)的新型單模單偏振光子晶體光纖，并利用全矢量有限元法對其模場分布、限制損耗、工作帶寬、消光比等基本特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，討論了結(jié)構(gòu)設(shè)計參量對光纖性能的影響。數(shù)值研究結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)可以較低的損耗代價獲得較高的消光比和

5、較寬的單偏振工作帶寬；提出一種新型的基于雙芯結(jié)構(gòu)的單模單偏振光子晶體光纖，該結(jié)構(gòu)可看作對上一種結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和簡化，通過數(shù)值仿真分析了其基本性能，詳細(xì)討論了光纖結(jié)構(gòu)參量對光纖性能的影響。 5．分析了高折射率芯Bragg光纖的色散特性，考察了包層內(nèi)不同環(huán)上的低折射率材料的厚度變化對光纖色散特性的影響；分析了高非線性色散平坦型高折射率芯Bragg光纖中的限制損耗，并提出了一種優(yōu)化設(shè)計方案。數(shù)值研究結(jié)果表明，該方案可用較為簡單的結(jié)構(gòu)獲得低