光子晶体光纤带隙特性的研究

论文摘要

光子带隙传导光的性制是光子晶体光纤的一个重要特征。本文主要针对光子晶体光纤的带隙特性进行了理论分析和实验研究。重点研究的是空芯光子晶体光纤的带隙性质,分析了空芯光纤相比于传统光纤具备的优点。计算和研究了带隙特性随光纤的结构参数变化的关系。提出了测量光纤带隙的实验方法,并搭建了实验测量平台。在理论分析的过程中,利用了计算光纤的光子带隙的全矢量平面波展开法。通过能带理论分析了产生光子带隙的起因。重点研究了二维光子晶体能带结构的分布,说明了光子晶体的介质材料对光子带隙特性的影响。进一步在理论上进行了数值模拟,分析了不同晶格结构排列对光子带隙特性的影响。结合分析的结论来设计出更优化带隙结构的光子晶体光纤。采用透射谱法进行光纤带隙的实验研究。搭建了检测可见光波段的实验装置系统,主要测量了耦合到空芯光子晶体光纤光波导的透射谱分布图,通过实验数据处理得到了光子带隙的结构图。理论上又通过全矢量平面波展开法进行了数值模拟,计算了与实验中相同结构的光纤的带隙特性,进而可以与实验结果进行比较,来验证实验方案的可行性。介绍了当前1550 nm光子带隙型光纤的发展情况和它的传输特性,理论计算了课题组自行制备的空芯光子晶体光纤的带隙分布,带隙结构出现在1 550 nm光波长处,为新的近红外光区光子带隙的研究提出了新要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 光子晶体简介
• 1.3 光子晶体光纤简介
• 1.4 论文的研究内容和组织结构
• 第2章 光子晶体光纤带隙的理论计算方法
• 2.1 引言
• 2.2 固体物理的基本概念
• 2.3 全矢量平面波展开法
• 2.4 二维光子晶体的光子带隙的计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 光子晶体光纤带隙特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 不同晶格结构排列的光子带隙
• 3.3 光子晶体光纤带隙结构的数值计算
• 3.4 最优化带隙结构的光子晶体光纤
• 3.5 本章小结
• 第4章 光子晶体光纤带隙的测量
• 4.1 引言
• 4.2 实验测量系统中的仪器
• 4.3 光子带隙测量的实验研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 1 550 NM 带隙空芯光子晶体光纤的研究
• 5.1 引言
• 5.2 1550 NM 带隙型空芯光子晶体光纤
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介