光子晶体光纤的双零色散和非线性特性的理论和实验研究

论文摘要

光子晶体光纤中的色散特性和高非线性特性研究是当前光子晶体光纤研究的两个重要领域,而具有双零色散波长的光子晶体光纤的非线性特性研究已成为其研究的重点之一。本文从理论和实验上分别对光子晶体光纤的双零色散特性和非线性特性进行了研究,主要内容如下:首先,利用改进的有效折射率法对不同结构光子晶体光纤的色散和非线性系数进行了数值模拟,分析了结构参数对色散和非线性系数的影响,并在此基础上进一步研究了具有两个零色散波长的光子晶体光纤的双零色散和非线性特性,从而为具有双零色散波长的光子晶体光纤的非线性研究提供了理论基础。其次,运用多极法通过优化孔节距和包层空气孔半径设计了一种具有双零色散波长的高非线性光子晶体光纤,利用分步傅立叶方法数值模拟超短脉冲在其中传输的情况。发现经过传输,两个零色散波长之间的主要能量被转换至位于正常色散区的两边带峰处,多于99%的光能都被转移至两边平坦的带峰,且两边带峰受波长影响较大,但对脉冲能量和泵浦脉冲的啁啾不敏感,这就产生了高稳定性的谱带,具有广泛的应用前景。最后,利用自制的高非线性光子晶体光纤进行了飞秒激光脉冲传输实验,研究了在不同功率、不同输入波长下光子晶体光纤的频率转换现象。分析了输入激光脉冲的中心波长、输入功率分别对光纤产生的反斯托克斯波的中心波长、强度以及频率转换效率的影响。结果显示,输入脉冲的中心波长越接近零色散波长,转换效率越大,当输入脉冲中心波长为760 nm时,产生的反斯托克斯波的中心波长为465 nm,其强度是抽运波剩余强度的8.1倍,转换效率高达90%。

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 光子晶体光纤概述
• 1.2.1 光子晶体及其特性
• 1.2.2 光子晶体光纤概述
• 1.3 光子晶体光纤的特性
• 1.3.1 无截止的单模传输特性
• 1.3.2 可调节的色散特性
• 1.3.3 极强的非线性特性
• 1.3.4 高双折射特性
• 1.3.5 大模面积特性
• 1.3.6 多芯传输特性
• 1.3.7 弯曲损耗特性
• 1.4 光子晶体光纤的制备方法
• 1.4.1 堆积法
• 1.4.2 挤压法
• 1.5 光子晶体光纤的发展与应用前景
• 1.6 论文的研究内容和组织结构
• 第2章 光子晶体光纤的理论研究方法
• 2.1 引言
• 2.2 光子晶体光纤的理论研究方法概述
• 2.2.1 有效折射率法
• 2.2.2 多极法
• 2.2.3 平面波展开法
• 2.2.4 有限差分法
• 2.2.5 有限元法
• 2.3 有效折射率法的基本理论研究
• 2.3.1 有效折射率法的基本理论
• 2.3.2 改进的有效折射率法的基本理论
• 2.4 多极法的基本理论研究
• 2.5 本章小结
• 第3章 光子晶体光纤的双零色散和非线性特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 色散和非线性的基本理论
• 3.2.1 色散的原理和计算
• 3.2.2 非线性的原理和计算
• 3.3 PCF 的色散分析
• 3.3.1 色散与孔直径d 和波长λ之间的关系
• 3.3.2 色散与孔间距Λ和波长λ之间的关系
• 3.3.3 色散与占空比d/Λ和波长λ之间的关系
• 3.4 PCF 的非线性分析
• 3.4.1 非线性系数与孔直径d 和波长λ之间的关系
• 3.4.2 非线性系数与孔间距Λ和波长λ之间的关系
• 3.4.3 非线性系数与占空比d/Λ和波长λ之间的关系
• 3.5 双零色散光子晶体光纤的色散和高非线性分析
• 3.5.1 孔直径d 不变、孔间距Λ变化时的特性分析
• 3.5.2 孔间距Λ不变、孔直径d 变化时的特性分析
• 3.5.3 孔间距Λ和直径d 均变化时的特性分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 一种双零色散光子晶体光纤的高非线性研究
• 4.1 引言
• 4.2 光子晶体光纤的结构设计
• 4.3 光子晶体光纤特性参数的数值模拟
• 4.4 超短脉冲在所设计的光子晶体光纤中传输的数值模拟
• 4.5 本章小结
• 第5章 飞秒激光脉冲在高非线性光子晶体光纤反常色散区的频率转换实验
• 5.1 引言
• 5.2 理论基础
• 5.2.1 相位匹配理论
• 5.2.2 频移量的计算
• 5.3 光纤结构及特性参数的数值模拟
• 5.4 实验结果及分析
• 5.4.1 实验装置
• 5.4.2 不同功率下的频率转换结果
• 5.4.3 不同波长下的频率转换结果
• 5.4.4 实验结果分析
• 5.5 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