高双折射光子晶体光纤的理论设计

论文摘要

近些年来，随着光子晶体光纤的问世，标志着一种完全不同于传统光纤的新型光纤的诞生。光子晶体光纤以其高度可调的结构设计，在实现双折射、色散平坦、色散补偿、零色散点可调及高非线性等光学特性方面有着无法比拟的优势，使其成为光子晶体光纤研究的热门领域。本文首先着重介绍了有限元法的理论基础，以及在光子晶体光纤设计中如何利用全矢量有限元法模拟计算其模场分布、双折射、色散、限制损耗、有效模场面积、非线性系数等特性。其次，借助非对称结构实现光子晶体光纤的高双折射单模传输，在纤芯中引入两个椭圆空气孔阵列结构，通过调节空气孔大小、结构等参数实现不同占空比、等效折射率来研究其对光纤模场分布及双折射的影响。然后，通过在纤芯引入高折射率椭圆柱体，增大了光纤纤芯折射率。通过改变其大小及折射率等参数，对其双折射和模场特性进行研究，结果表明光子晶体光纤的双折射获得很大提高。最后，对在光子晶体阵列中引入一排高折射率柱的新型结构光子晶体光纤的特性进行了探索，通过研究发现这种正交方向分别为折射率引导效应和带隙效应导光机制的混合型光子晶体光纤，在实现高双折射方面的可行性，为高双折射光子晶体光纤的设计提出了一个全新的思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 光子晶体光纤概述
• 1.1.1 光子晶体和光子晶体光纤
• 1.1.2 光子晶体光纤的分类与制备
• 1.2 光子晶体光纤的特性
• 1.2.1 无截止单模传输特性
• 1.2.2 色散特性
• 1.2.3 高双折射特性
• 1.2.4 高非线性
• 1.3 本论文的工作及研究意义
• 第2章 光子晶体光纤设计的理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 数值计算方法简介
• 2.3 有限元法的理论推导
• 2.4 双折射光子晶体光纤
• 2.4.1 高双折射 PCF 的特点及测量方法
• 2.4.2 双折射光纤中的物理量
• 2.5 本章小结
• 第3章 纤芯引入椭圆空气孔的 HB-PCF 的设计
• 3.1 引言
• 3.2 双椭圆空气孔单模 HB-PCF 端面图
• 3.3 双椭圆空气孔单模 HB-PCF 的数值模拟
• 3.3.1 模场分布
• 3.3.2 双折射特性
• 3.3.3 光纤损耗
• 3.4 参数影响和优化设计方案
• 3.4.1 空气孔椭圆率对双折射的影响
• 3.4.2 降低损耗
• 3.5 本章小结
• 第4章 纤芯引入椭圆高折射率柱的 HB-PCF 的设计
• 4.1 引言
• 4.2 高折射率椭圆芯 HB-PCF 端面图
• 4.3 高折射率椭圆芯 HB-PCF 的数值模拟
• 4.3.1 模场分布
• 4.3.2 双折射特性
• 4.3.3 光纤损耗
• 4.4 参数影响和优化设计方案
• 4.4.1 高折射率柱折射率对光纤特性的影响
• 4.4.2 高折射率柱椭圆率对双折射的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 混合导光机制的 HB-PCF 的设计
• 5.1 引言
• 5.2 混合导光 PCF 端面图
• 5.3 混合导光 PCF 的数值模拟
• 5.3.1 模场分布
• 5.3.2 模式有效折射率及双折射
• 5.3.3 限制损耗
• 5.3.4 群速度色散
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介