W型光子晶体光纤限制损耗与色散的研究

论文摘要

光子晶体作为一种新型的光学材料,能近乎完美地控制光波在其中的传输。光子晶体光纤(PCF)是基于光子晶体技术发展起来的新一代光纤,具有无限单模传输、高双折射等多种特性,在光纤激光器、光纤传感、超连续谱的产生、光子晶体天线和光学集成电路等领域具有广阔的应用前景。近年来,国际上研制出一种具有长波截止功能的光纤——折射率凹陷光纤,因为其折射率分布形状类似字母“W”,所以又称为W型光纤。这种光纤具有特定的滤波功能,是光电子学领域的热门研究课题之一。但是现有常规W型光纤存在制作工艺上的局限性和不能随意弯曲的问题。本文基于现有W型掺铒光纤存在不少缺点的现状,结合光子晶体光纤灵活的结构,提出了一种新型的W型光纤模型——W型光子晶体光纤,并进行了理论研究和数值仿真,主要内容包括以下几个方面:1、探讨了有限元法的基本原理,理论分析了采用有限元法进行模拟的计算步骤,研究了完美匹配层(PML)的概念并且进行了优化选择。2、在充分研究了常规W型光纤和普通光子晶体光纤的基础上,提出了一种新型的W型光子晶体光纤,用有限元法对该种光纤进行了仿真。结果表明该种光纤的第一层孔大小以及孔间距对光纤的损耗影响很大。选择合理的光纤参数时,W型光子晶体光纤对600nm至1800nm波段内的限制损耗及色散特性与普通光子晶体光纤的有较大的差异。3、在理论模拟的基础上,采用光纤的后处理技术,对原有常规光子晶体光纤进行加工,经过选择性堵孔和熔融拉锥,制作出了一段W型光子晶体光纤。4、对该W型光子晶体光纤限制损耗特性的测量:设计并搭建了基于超连续谱光源的测量W型光子晶体光纤限制损耗随波长变化的实验装置,利用该系统对W型光子晶体光纤的限制损耗特性进行了测量,实验结果和理论仿真相吻合,验证了W型光子晶体光纤的滤波特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 常规W 型光纤的发展
• 1.2.2 光子晶体光纤的进展
• 1.3 本文主要研究内容及结构安排
• 第二章 光子晶体光纤及相关理论
• 2.1 光子晶体光纤的概念和导光原理
• 2.2 光子晶体光纤的制作
• 2.3 光子晶体光纤的特性与应用
• 2.4 光子晶体光纤数值计算方法
• 2.4.1 等效折射率法
• 2.4.2 平面波展开法
• 2.4.3 时域有限差分法
• 2.4.4 有限元法
• 2.5 本章小结
• 第三章 W 型光子晶体光纤的设计与仿真
• 3.1 W 型光子晶体光纤的物理模型
• 3.2 W 型光子晶体光纤的仿真过程
• 3.3 基于COMSOL&MATLAB 的联合编程
• 3.4 W 型光子晶体光纤的限制损耗特性
• 3.4.1 W 型光子晶体光纤的损耗分析
• 3.4.2 W 型光子晶体光纤的限制损耗特性
• 3.4.3 W 型光子晶体光纤与常规W 型光纤的比较
• 3.5 W 型光子晶体光纤的色散特性
• 3.6 本章小结
• 第四章 W 型光子晶体光纤的试制及初步实验研究
• 4.1 光子晶体光纤的后处理技术
• 4.1.1 光子晶体光纤的拉锥技术
• 4.1.2 光子晶体光纤的膨胀后拉锥技术
• 4.1.3 光子晶体光纤的选择性空气孔塌缩技术
• 4.2 W 型光子晶体光纤的制作
• 4.2.1 实验装置和流程
• 4.2.2 制作W 型光子晶体光纤
• 4.2.3 出现的问题和解决方案
• 4.3 W 型光子晶体光纤限制损耗特性测量的实验设计
• 4.3.1 超连续谱光源
• 4.3.2 限制损耗特性测量实验设计
• 4.4 实验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果