光子晶体光纤的非线性与负折射特性研究

论文摘要

光子晶体光纤是沿轴向均匀排列着多层空气孔的一种新型光纤。与传统光纤相比,它表现出许多优异的特性,其中之一就是非线性效应。负折射物质是最近几年才提出的一种全新的人工合成材料,并且由于其独特的性质和广阔的应用前景而倍受关注。论文所做的主要工作如下:1.详细地研究了实芯六角形光子晶体光纤的非线性系数与不同结构参数的关系。利用有效折射率法,对以正负两种不同介质为背景材料的光子晶体光纤的非线性系数进行了详细的数值分析,得到了非线性系数随结构参量的变化规律。结果表明:无论背景材料的折射率为正,还是为负,增大空气孔的直径d或者减小空气孔的间距人都会使非线性系数增大;不同的是,当背景材料取为负折射率材料时,会出现负的非线性系数。2.采用多极法对空(气)芯六角形光子晶体光纤的非线性系数与结构参数的关系进行了研究。通过改变结构参量,分析对比了以正负两种不同介质为背景材料的光子晶体光纤的非线性系数,发现可存在一个最优的结构参量,使非线性系数取得最大值或最小值以及负值。3.利用光学传输矩阵方法对在缺陷介质中掺入和未掺入激活杂质的同轴光子晶体光纤结构进行了数值模拟计算,由此得到同轴光子晶体光纤的掺杂局域场特征以及受激辐射增强使透射率大于1现象之间的内在规律,并以此为基础进一步研究了在同轴光子晶体光纤中引入高折射率杂质而获得窄的透过带。4.用时域有限差分法研究了三角结构的等效负折射率光子晶体透射谱,通过分析发现,选择合适的波源中心频率,可出现唯一的正或负的很强的透射峰,从而形成单向导光性能,成为高品质因数的正或负的单向光开关。上述所得规律对光子晶体光纤在密集波分复用光通信系统的不同应用提供了一定的理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义和背景
• 1.2 论文内容和结构安排
• 第2章 光子晶体光纤
• 2.1 光子晶体光纤简介
• 2.2 光子晶体光纤的分类
• 2.2.1 TIR型光子晶体光纤
• 2.2.2 PBG型光子晶体光纤
• 2.3 光子晶体光纤的特性及应用
• 2.3.1 单模传输特性
• 2.3.2 色散特性
• 2.3.3 高双折射特性
• 2.3.4 低损耗特性
• 2.3.5 非线性特性
• 2.4 光子晶体光纤的现状及发展趋势
• 2.5 本章小结
• 第3章 负折射率介质及负折射光子晶体
• 3.1 负折射率介质
• 3.1.1 负折射率介质的理论基础
• 3.1.2 负折射率介质在实验上的验证
• 3.2 负折射光子晶体
• 3.3 本章小结
• 第4章 光子晶体光纤非线性特性的基本理论
• 4.1 光子晶体光纤的数值解法
• 4.1.1 有效折射率法
• 4.1.2 平面波法
• 4.1.3 时域有限差分法
• 4.1.4 超元胞晶格方法
• 4.1.5 光束传播法
• 4.1.6 多极法
• 4.2 光纤非线性的基本理论
• 4.2.1 光纤中的非线性光学效应
• 4.2.2 非线性效应对光通信系统的影响
• 4.2.3 改变光纤非线性的方法
• 4.3 本章小结
• 第5章 六角形光子晶体光纤的非线性效应研究
• 5.1 实芯六角形光子晶体光纤结构参数与非线性系数的关系
• 5.1.1 基本理论与数值模型
• 5.1.2 数值结果与分析
• 5.1.3 结论
• 5.2 空（气）芯六角形光子晶体光纤结构参数与非线性系数的关系
• 5.2.1 基本理论与数值模型
• 5.2.2 数值结果与分析
• 5.2.3 结论
• 5.3 本章小结
• 第6章 激活或高折射率介质掺杂同轴光子晶体光纤增益特性的研究
• 6.1 光子晶体光纤的模型计算原理
• 6.1.1 光子晶体光纤中的麦克斯韦方程
• 6.1.2 转移矩阵方法
• 6.2 缺陷态的同轴光子晶体光纤的数值分析
• 6.3 本章小结
• 第7章 等效负折射光子晶体的Bloch波共振激发的单向导光性
• 7.1 光子晶体的计算模型
• 7.2 等效负折射率材料的三角结构光子晶体透射谱分析
• 7.3 本章小结
• 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文