光子晶體光纖的傳輸及色散特性研究.pdf

1、光子晶體是一種折射率按一定周期發(fā)生變化的微結(jié)構(gòu)材料,光子晶體光纖是將光子晶體結(jié)構(gòu)引入光纖中而成的新型光纖,其特點(diǎn)是包層排列有規(guī)則或隨機(jī)分布的波長量級(jí)的空氣孔,它以其特有的結(jié)構(gòu)和性能,受到了廣泛關(guān)注并成為近年來研究的熱點(diǎn)。但光子晶體光纖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使得很難對(duì)其特性作簡單的解析分析,只能通過數(shù)值方法對(duì)其進(jìn)行模擬分析。數(shù)值計(jì)算的結(jié)果,對(duì)于優(yōu)化甚至設(shè)計(jì)新系統(tǒng)都有不可替代的作用。
　　由于交變隱式時(shí)域有限差分法(ADI-FDTD)能清楚的模

2、擬光在光子晶體光纖中的傳播狀態(tài),且能夠在一定程度上擺脫關(guān)于時(shí)間步長穩(wěn)定性條件的限制,從而明顯地節(jié)省計(jì)算時(shí)間。本文利用ADI-FDTD分析光子晶體光纖的若干特性,論文的主要內(nèi)容包括:
　　1從光子晶體的概念出發(fā),詳細(xì)闡述了光子晶體和光子晶體光纖的概念、分類、奇異特性、應(yīng)用和制備技術(shù)。介紹了ADI-FDTD的計(jì)算迭代公式和吸收邊界。由于存在隨著時(shí)間步長的增大數(shù)值色散會(huì)相應(yīng)增大的缺點(diǎn),可以通過添加各向異性媒質(zhì)來修正相速誤差,從而減少數(shù)值

3、色散。
　　2利用ADI-FDTD分析了有限周期一維光子晶體的光子禁帶及缺陷模的特性,通過物理分析,并與ADI-FDTD相比較,驗(yàn)證了此方法在一維周期性光子晶體結(jié)構(gòu)中的適用性和有效性。討論不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)光子晶體反射特性產(chǎn)生的不同影響,選擇合適的結(jié)構(gòu)或入射角度能夠獲得更合適的光子帶隙,通過數(shù)值計(jì)算分析了光波在包含缺陷的一維光子晶體中的傳播規(guī)律,與不包含缺陷的結(jié)構(gòu)相比,在光子禁帶中形成缺陷模。從而為設(shè)計(jì)和制備一維光子晶體提供指導(dǎo)。<

4、br>　　3利用ADI-FDTD分析了二維光子晶體的特性,驗(yàn)證了ADI-FDTD在計(jì)算帶隙型光子晶體光纖結(jié)構(gòu)特性的適用性和有效性。并模擬了全內(nèi)反射光子晶體光纖的模場分布,結(jié)果表明,一定結(jié)構(gòu)的二維光子晶體可以將光波很好地限制在其缺陷波導(dǎo)中傳輸。通過調(diào)節(jié)光纖包層的空氣孔節(jié)距或空氣孔尺寸可以有效地調(diào)節(jié)光子晶體光纖的有效折射率、歸一化頻率、模場面積和色散特性,可以設(shè)計(jì)出在光通信波段具有接近于零色散的色散平坦光纖和色散位移光纖。
　　4提出

5、新型光子晶體光纖結(jié)構(gòu),對(duì)其模場分布和色散曲線進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)了在較寬頻段內(nèi)零色散平坦的結(jié)構(gòu),這類結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)為光電子器件和全波通信光纖的研制開辟了新的思路。推導(dǎo)了二維包絡(luò)(Evenlope) ADI-FDTD UPML的迭代公式,并提出一種新的邊界離散方法,與ADI-FDTD UPML相比,改進(jìn)后的Envelope ADI-FDTD UPML的時(shí)間步長可以取的更大,且能有效的修正相速誤差,從而減少數(shù)值色散,提高計(jì)算精度