光子晶体光纤制造工艺与特性的研究

论文摘要

光子晶体光纤自1996年问世以来得到了迅速发展,理论分析不断完善,制造工艺不断提高,新型光子晶体光纤的设计不断出现,基于光子晶体光纤的应用也不断涌现。目前光子晶体光纤已成为当前世界范围内光电子学领域的研究热点。本文对光子晶体光纤的理论进行了系统、深入的研究;并对光子晶体光纤的制造工艺和关键技术进行了详细研究;对折射率导引光子晶体光纤的各种特性进行了理论分析和实验研究。本文取得的研究成果如下:1.采用矢量光束传输法和矢量有限元法两种精度较高的方法作为研究光子晶体光纤的理论分析工具,在理论上详细地分析了折射率导引光子晶体光纤的色散特性和非线性特性,与实验测得的数据能较好的相符,印证了这两种方法的正确性。2.对光子晶体光纤的制造工艺进行了深入研究,利用武汉长飞光纤光缆有限公司在光纤制造工艺的优势,采用毛细管堆积拉丝工艺制造了多种结构的光子晶体光纤,其中包括无截止单模光子晶体光纤、高双折射光子晶体光纤、高非线性光子晶体光纤、色散补偿光子晶体光纤、色散平坦光子晶体光纤等一系列光子晶体光纤。3.详细分析了光子晶体光纤的损耗特性,针对制造工艺对损耗的影响,对制造工艺提出了降低损耗的改进方法。其中,我们制造的无截止单模光子晶体光纤的损耗在1550nm处可以达到0.4dB/km,这是我们拉制的损耗最低的一种光子晶体光纤。随着制造工艺的不断改进,其损耗将进一步降低。4.理论分析了光子晶体光纤的结构参数对其色散特性的影响。经过理论模拟计算得出了结构参数与色散特性之间的变化关系,在此基础上设计了一种基于折射率导引光子晶体光纤的宽带色散补偿光子晶体光纤,能够对标准单模光纤进行有效的宽带色散补偿。5.详细研究了中心空气孔光子晶体光纤的色散特性,尤其是引入的中心空气孔对光子晶体光纤色散特性的影响。理论模拟计算得出了中心空气孔的变化对色散影响的规律,在此基础上设计了基于该结构的宽带色散补偿光子晶体光纤和超宽色散平坦光子晶体光纤。在理论研究的基础上,拉制了中心空气孔光子晶体光纤。对拉制的这种光纤进行了一系列的测试,其色散补偿特性的实验结果与理论分析的结果能够很好的相符,在1500～1625nm范围内能达到了-440～-480ps/（nm·km）。6.采用中心空气孔光子晶体光纤结构设计了一种超宽色散平坦光子晶体光纤。这种超宽色散平坦光子晶体光纤,在1200～1600nm的带宽内具有很低的色散值,并且具有极其平坦的色散特性。7.详细研究了光子晶体光纤的非线性系数与结构参数之间的变化关系,为实际的高非线性光子晶体光纤拉制提供了理论依据。在理论研究的基础上,拉制了高占空比的高非线性光子晶体光纤,对其特性进行了一系列的测试,获得了比较理想的实验结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 光子晶体光纤的概述
• 1.2 光子晶体光纤的特性
• 1.3 光子晶体光纤的研究进展
• 1.4 本论文所做的工作
• 2 光子晶体光纤的理论分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 理论基础
• 2.3 理论分析方法
• 2.4 本章小结
• 3 光子晶体光纤制造工艺及损耗特性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 光子晶体光纤的制造工艺
• 3.3 光子晶体光纤的损耗特性
• 3.4 制造工艺的改进
• 3.5 本章小结
• 4 光子晶体光纤色散特性的研究
• 4.1 引言
• 4.2 光子晶体光纤的色散特性
• 4.3 基于折射率导引型光子晶体光纤的宽带色散补偿光纤的设计
• 4.4 基于中心空气孔折射率导引型光子晶体光纤的设计
• 4.5 本章小结
• 5 光子晶体光纤非线性特性的研究
• 5.1 引言
• 5.2 光子晶体光纤的非线性特性
• 5.3 高非线性光子晶体光纤的研制
• 5.4 超连续谱的产生
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士期间发表论文目录