论文题目: 光子晶体光纤及其功能型器件的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学
作者: 王志
导师: 董孝义,开桂云
关键词: 光子晶体光纤,微结构光纤,光子带隙,双折射,光纤光栅,方向耦合器,双包层光纤激光器,掺铒光纤放大器,光纤拉曼放大器
文献来源: 南开大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文研究了光子晶体光纤的传导特性,从理论和实验上对基于光子晶体光纤的有源、无源器件进行了设计和分析。首先阐述了光子晶体光纤的发展历程和研究现状以及平面波展开法和有限单元法等数值计算方法;接着对光子晶体光纤的传导机制、基本传导特性以及光子带隙光纤的表面模和高双折射光子晶体光纤的温度和力学特性进行了研究;实验和理论研究了光子晶体光纤光栅;对双芯光子带隙光纤耦合器、高折射率材料填充型光子带隙光纤可调衰减器、光子晶体光纤掺铒放大器、双包层光子晶体光纤掺镱激光器、光子晶体光纤拉曼放大器等基于光子晶体光纤的功能器件进行了设计。主要研究内容包括:1、研究光子晶体光纤的传导特性。首先对三角形、蜂窝形栅格空气孔包层结构的光子能带进行了研究,在此基础上阐述了光子晶体光纤的传导机制,对折射率引导和光子带隙引导光子晶体光纤的波导色散、泄漏损耗和有效模场面积进行了研究。2、对光子带隙光纤的表面模进行了理论研究。研究了光子带隙光纤传导的纤芯模式和表面模式的特点,对纤芯截面位置对这些模式的影响特点进行了分析。3、对结构不对称导致高双折射光子晶体光纤和应力区导致高双折射光子晶体光纤的双折射特性进行了研究。比较了两种高双折射光子晶体光纤的相双折射和群双折射的特性,并首次在理论上分析了应力区导致高双折射光子晶体光纤的温度特性和侧向应力对结构不对称导致高双折射光子晶体光纤双折射效应的影响,获得的结果与已经报道的实验结果一致。4、对光子晶体光纤光栅进行了理论和实验研究。建立了光子晶体光纤和普通光纤的熔接方法,在柚子形光子晶体光纤上写制了布拉格光栅,观察到多波长谐振现象,理论分析表明这是由于纤芯基模和包层模之间的谐振造成的。5、设计了新型双芯空气传导光子带隙光纤耦合器,并首次在双芯光纤结构中发现无耦合现象。对具有两个相邻纤芯的空气传导光子带隙光纤的传导模式和耦合特性进行了理论分析,在所分析的结构中发现了无耦合点,在该点两个相邻纤芯之间不发生能量交换。对无耦合现象进行了解释,并根据这种光纤结构的耦合特性理论设计了波长解复用器和偏振分离器。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 光子晶体光纤
1.1.1 光子晶体和光子带隙理论
1.1.2 光子晶体光纤的出现和发展概况
1.1.3 理论分析方法
1.1.4 折射率传导光子晶体光纤的特性
1.1.5 光子带隙光纤的特性
1.1.6 光子晶体光纤在光电子器件方面的应用
1.2 选题意义，研究内容及创新点
第二章 光子晶体光纤的数值分析方法
2.1 平面波展开法
2.1.1 周期介电结构中的麦克斯韦方程
2.1.2 超元胞近似
2.1.3 比例定律
2.2 有限单元法
2.2.1 磁场波动方程的泛函公式
2.2.2 三角形边单元
2.2.3 有限单元离散
2.2.4 PML 边界条件
2.3 小结
第三章 光子晶体光纤传导性质的研究
3.1 光子晶体包层的能带结构
3.1.1 概述
3.1.2 三角形栅格空气孔结构
3.1.3 蜂窝形栅格空气孔结构
3.1.4 三角形栅格空气孔填充高折射率材料结构
3.2 光子晶体光纤的传导机制
3.3 光子晶体光纤的传导性质的研究
3.3.1 波导色散
3.3.2 有效模场面积和泄漏损耗
3.4 光子带隙光纤的表面模式研究
3.4.1 背景
3.4.2 光纤结构和数值方法
3.4.3 光子带隙光纤中的缺陷模式
3.4.4 空气纤芯截面对缺陷模式的影响
3.5 高双折射光子晶体光纤的性质
3.5.1 背景
3.5.2 光纤结构和理论模型
3.5.3 高双折射光子晶体光纤的相双折射和群双折射
3.5.4 应力导致高双折射光子晶体光纤的温度特性
3.5.5 侧向压力对几何导致高双折射光子晶体光纤的影响
3.6 小结
第四章 光子晶体光纤光栅
4.1 光子晶体光纤与普通光纤的熔接
4.1.1 概述
4.1.2 熔接实验
4.1.3 模场失配造成的熔接损耗
4.2 光子晶体光纤光栅的写制
4.3 光子晶体光纤光栅的数值模拟
4.3.1 光栅的谐振原理
4.3.2 数值模拟与讨论
4.4 小结
第五章 光子晶体光纤功能器件的设计
5.1 新型双芯空气传导光子带隙光纤耦合器
5.1.1 背景
5.1.2 光子带隙光纤耦合器结构与数值模型
5.1.3 双芯光子带隙光纤的耦合特性
5.1.4 双芯光子带隙光纤的应用
5.2 基于高折射率材料填充的光子带隙光纤可调器件
5.2.1 背景
5.2.2 填充高折射率材料光子带隙光纤的传导特性
5.2.3 1550nm 可调衰减器的设计
5.3 光子晶体光纤掺铒放大器
5.3.1 背景
5.3.2 光纤结构和数值方法
5.3.3 光纤的传导特性和交叠积分
5.3.4 增益和噪声性能
5.4 双包层光子晶体光纤掺镱激光器
5.4.1 背景
5.4.2 理论研究
5.4.3 数值模拟
5.4.4 实验研究
5.5 基于光子晶体光纤拉曼放大器
5.5.1 背景
5.5.2 理论模型
5.5.3 数值分析
5.6 小结
第六章 总结与展望
参考文献
攻读博士期间发表及待发表的学术文章
致谢
发布时间: 2006-10-30
参考文献
- [1].新型光子晶体光纤的设计、分析及应用研究[D]. 王二垒.合肥工业大学2017
- [2].手性光子晶体光纤的模式特性[D]. 李社.哈尔滨工业大学2016
- [3].基于光子晶体光纤非线性效应的波长变换及其应用研究[D]. 罗兴.华中科技大学2017
- [4].光子晶体光纤中40Gbit/s光孤子传输系统的数值研究[D]. 王晶.中国海洋大学2008
- [5].混合型光子晶体光纤理论及超连续实验研究[D]. 程同蕾.天津大学2010
- [6].飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中传输特性的研究[D]. 胡明列.天津大学2004
- [7].光子晶体光纤色散特性的理论研究[D]. 栗岩锋.天津大学2004
- [8].光子晶体光纤理论和应用研究[D]. 宋朋.山东大学2007
- [9].传统光纤及光子晶体光纤偏振与磁光特性研究[D]. 李永安.西北大学2007
- [10].光子晶体光纤功能器件的研究[D]. 王志.南开大学2007
相关论文
- [1].光子晶体光纤的光学特性分析与优化设计[D]. 刘兆伦.燕山大学2007
- [2].光子晶体光纤及相关通信光电子技术的理论与实验研究[D]. 徐永钊.北京邮电大学2007
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