光子晶体光纤填充和光子晶体光纤光栅的研究

论文摘要

本论文选题于国家973、863以及国家自然科学基金等项目,结合课题的要求和主要目标,在对光子晶体光纤(PCFs)传输特性研究的基础上,首先对光子晶体光纤光栅进行了理论和实验研究;然后,采用平面波展开法和有限单元法分析了在光纤的空气孔中填充高折射率液晶对光纤传导机制和传输特性的影响,提出并设计了几种新型光子晶体光纤;最后,提出并研制成功连续可调谐、输出功率谱均衡的全光纤化、高功率包层泵浦铒镱共掺光纤激光器实验样机。主要研究内容和成果包括以下基本方面:1、首次提出基于填充高折射率介质(液晶)的折射率引导型PCF的光子带隙理论分析方法,在此理论的指导下,采用平面波展开法和有限单元法研究了填充对光纤传导机制和传输特性的影响,研究结果表明液晶填充可以实现光子晶体光纤导光机制的转变。基于光子带隙理论利用光纤传导模式在带隙内外传导模式的损耗、色散等特性的差异,我们首次提出并设计了通过外界物理量调节包层中填充介质的折射率,改变光子带隙和传导模式的色散曲线的相对位置,从而改变传导模式的损耗和色散等特性,最终得到了可调谐光子带隙光纤。2、基于光子带隙理论首次理论研究了填充液晶对折射率传导型高双折射PCF传输特性的影响。分析了液晶填充对PCF的传导机制和传输特性的影响,并与光纤在填充前PCF的基本传导性质做了比较,研究结果表明液晶填充能够实现光纤传导机制的转变,同时得到更高的双折射。在此研究的基础上,首次提出并设计出通过用温度或者电磁场来调节空气孔中液晶的折射率来连续调节这种高双折射光子带隙光纤中的传输带隙和传导模式,最终实现的高双折射可调的光子带隙光纤。3、对光子晶体光纤光栅进行了理论和实验研究。利用紫外光写制的方法,成功地在柚子型PCF中写制了光纤Bragg光栅,在光栅的反射谱和透射谱中观测到了多个谐振波长,同时利用全矢量有限单元法分析了在柚子型PCF上写制的Bragg光栅的谐振特性,模拟结果和实验结果基本吻合。此外对柚子型PCF写制的Bragg光栅反射谱中多个峰的温度和应变传感特性进行了理论和实验研究。理论和实验研究结果均表明柚子型PCF Bragg光栅反射谱中的几个谐振峰

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光子晶体光纤简介
• 1.2 光子晶体光纤发展
• 1.3 光子晶体光纤的导光机制
• 1.4 光子晶体光纤基本性质
• 1.4.1 无截止单模特性
• 1.4.2 可控的色度色散
• 1.4.3 极好的双折射效应
• 1.4.4 光子晶体光纤的非线性现象
• 1.4.5 易于实现多芯传输
• 1.4.6 损耗特性
• 1.5 本论文的研究内容及创新点（选题意义）
• 第二章 光子晶体光纤光栅
• 2.1 光子晶体光纤光栅简介
• 2.1.1 光子晶体光纤光栅的类型
• 2.1.2 光子晶体光纤光栅的制作方法
• 2.1.3 光子晶体光纤光栅的应用
• 2.2 柚子型光子晶体光纤光栅的制作研究
• 2.3 柚子型光子晶体光纤 Bragg 光栅的理论分析
• 2.4 柚子型光子晶体光纤光栅温度和应变传感的理论分析
• 2.4.1 柚子型光子晶体光纤Bragg 光栅温度传感特性分析
• 2.4.2 柚子型光子晶体光纤光栅应变传感的理论分析
• 2.5 光子晶体光纤光栅温度和应变传感的实验研究
• 2.5.1 柚子型光子晶体光纤Bragg 光栅温度传感的实验研究
• 2.5.2 光子晶体光纤光栅应变传感的实验研究
• 2.6 本章小结
• 第三章 液晶填充对光子晶体光纤传输特性的影响
• 3.1 平面波展开法
• 3.1.1 周期介电结构中的麦克斯韦方程
• 3.1.2 超元胞近似
• 3.1.3 比例定律
• 3.2 全矢量有限单元法
• 3.2.1 磁场波动方程的泛函公式
• 3.2.2 三角形边单元
• 3.2.3 有限单元离散
• 3.2.4 PML 边界条件
• 3.3 光子晶体光纤传导机制的转变
• 3.4 基于高折射率材料填充的可调的光子带隙光纤
• 3.5 本章小结
• 第四章 双折射光子晶体光纤特性的研究
• 4.1 侧向压力对光子晶体光纤双折射影响
• 4.2 液晶填充对高双折射光子晶体光纤的影响
• 4.2.1 液晶填充对高双折射光子晶体光纤特性的影响
• 4.2.2 高双折射可调的光子晶体光纤
• 4.3 混合传导机制的双折射光子晶体光纤
• 4.4 本章小结
• 第五章 高功率铒镱共掺光纤激光器
• 5.1 主动锁模光纤激光器的理论研究
• 5.1.1 主动锁模光纤激光器的工作原理
• 5.1.2 主动锁模光纤激光器的理论模型
• 5.2 高重复频率短脉冲光纤激光器（主振荡器）的研制
• 5.3 高功率包层泵浦铒镱共掺光纤放大器的研制
• 5.4 高功率包层泵浦短脉冲铒镱共掺光纤激光器样机的研制
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历及读博期间发表的学术论文与科研成果