高非线性光子晶体光纤设计及其超短脉冲传输特性研究

论文摘要

高非线性光子晶体光纤在超短激光脉冲频率转换、光谱展宽、脉冲压缩以及光波分裂等方面具有重要的应用。光子晶体光纤的高非线性效应可以通过减小纤芯面积、增大空气填充率或使用具有高非线性折射率系数的基底材料等多种方法来实现。论文研究了高双折射纳米结构光子晶体光纤和中红外透光的硫系玻璃光子晶体光纤的基本特性,并数值模拟了超短激光脉冲在纳米结构光子晶体光纤中的传输特性,重点考察了在正常色散区传输时的光波分裂现象。首先,用电磁场散射多级理论研究了纳米结构光子晶体光纤的基本特性。发现其在绿蓝光波段具有优良的高非线性、高双折射、色散可调等特性。为适用于蓝绿光波段光子器件的研究和设计提供了一种思路。其次,研究了中红外透光的硫系玻璃光子晶体光纤的基本特性。发现其在可见至中红外波段均可保持高双折射、高非线性、低限制损耗以及波导色散可调等特性。为研究和设计适用于中红外波段的光子器件提供了一定的理论基础。最后,用分步傅里叶方法模拟了飞秒激光脉冲在纳米结构光子晶体光纤正常色散区传输时产生光波分裂的现象。研究发现脉冲边缘的振荡结构和频谱旁瓣是光波分裂的标志,光波分裂距离、振荡结构强度以及平坦光谱的宽度与色散参数和非线性系数密切相关,选择合适参数的激光脉冲在纳米结构光子晶体光纤中传输,可以在很短的长度内获得宽带超平坦光谱。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景与意义
• 1.2 光子晶体光纤简介
• 1.2.1 折射率引导型光子晶体光纤
• 1.2.2 光子带隙型光子晶体光纤
• 1.3 光子晶体光纤的特性
• 1.3.1 无截止单模传输
• 1.3.2 高非线性
• 1.3.3 高双折射
• 1.3.4 高度色散可调
• 1.4 光子晶体光纤的研究方法
• 1.4.1 有效折射率法
• 1.4.2 多极化法
• 1.4.3 有限元法
• 1.4.4 平面波展开法
• 1.4.5 光束传播法
• 1.5 光子晶体光纤的制备
• 1.5.1 堆积法
• 1.5.2 挤压法
• 1.6 光子晶体光纤的应用展望
• 1.7 论文的研究内容和组织结构
• 第2章 高双折射高非线性纳米结构光子晶体光纤特性研究
• 2.1 引言
• 2.2 光纤结构与理论基础
• 2.3 数值模拟与结果分析
• 2.3.1 双折射特性
• 2.3.2 基模模场特性
• 2.3.3 色散特性
• 2.3.4 非线性特性
• 2.4 本章小结
• 第3章 高双折射中红外透光硫系玻璃光子晶体光纤特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 模拟结果和讨论
• 3.2.1 高双折射
• 3.2.2 高非线性系数
• 3.2.3 低限制损耗
• 3.2.4 可调的波导色散
• 3.5 本章小结
• 第4章 飞秒激光脉冲在纳米结构光子晶体光纤正常色散区光波分裂
• 4.1 引言
• 4.2 理论分析
• 4.3 数值模拟与结果分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参加的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介