微结构光纤中的模间干涉及光腔的模式耦合

论文题目: 微结构光纤中的模间干涉及光腔的模式耦合

论文类型: 博士论文

论文专业: 电路与系统

作者: 冀玉领

导师: 侯蓝田

关键词: 微结构光纤,等效折射率方法,色散,模间干涉,模式耦合

文献来源: 燕山大学

发表年度: 2005

论文摘要: 包层微结构调整的灵活性,使得微结构光纤(Microstructure fiber, MF)的光学特性明显的不同于传统光纤。这些不同于传统光纤的显著特征使得微结构光纤成为光学领域的一个研究热点。本论文对微结构光纤的一些特性进行了初步的探讨。首先,对微结构光纤的研究概况进行了一般的综述。其中包括微结构光纤概念的提出,和传统光纤相比的异同,微结构光纤色散的多样性,微结构光纤中的偏振和双折射,微结构光纤在非线性光学中的应用以及微结构光纤制作材料和制作方法的多样性,微结构光纤中的模间干涉等。其次,简要介绍了用于研究微结构光纤模式及其模间干涉的几种方法。其中包括:等效折射率方法、局域化函数方法、全矢量平面波展开法、双正交基矢方法、多极化方法、Fourier展开法、有限微分方法和有限元方法等。这些方法各有优点和缺点,根据研究对象和精度的不同,在实际工作中可以灵活选取合适的研究方法。然后,利用等效折射率方法,对不同结构参数微结构光纤的不同模式的色散特性进行了研究。结果发现,微结构光纤的模式及其色散特性灵敏地依赖于它的结构参数。多模微结构光纤中不同模式的零色散点分布在一个波段上,使得在零色散点附近才能发生的一些非线性现象更加容易显现。例如多模微结构光纤中各种非线性联合效应产生的超连续光谱就是一个典型的例证。再然后,重点研究了微结构光纤中的模间干涉现象。利用等效折射率方法对仅仅支持两个导模的一种微结构光纤中的模间干涉现象进行了研究,理论计算和文献中报道的实验测量结果符合的比较好。它说明了这种计算方法的可行性,更为重要的是,理论计算还指出了微结构光纤中,频率域的双模干涉中存在精细结构,精细结构的出现是微结构包层灵活调整的结果。这些精细结构使干涉测量的精度提高了一个数量级。接下来解释了我们课题组制作的一种微结构光纤中的奇异现象:将钛蓝宝石飞秒激光脉冲耦合到一种微结构光纤中,在一定的波段产生连续的光谱之后,沿着光纤轴线方向,出现了某些颜色强度极大的一些谱线的准周期分布。在制作微结构光纤的早期阶段,曾经在空气孔无规则分布的多芯微结构光纤中观测到类似的现象,当时解释为光纤无规则空气孔不对称导致的与偏振相关的干涉现象。而这次拉制的光纤尺寸均匀性很好,对其产生的类似现象需要重新给出解释。数值计算表明,这根微结构光纤仅仅支持最低阶的四个导模,而这四个导模之间的模间干涉计算结果能够比较好的说明这种现象。最后把微结构光纤中的多模干涉特征和传统光波导中的多模干涉特征进行了对比,指出了微结构光纤中多模干涉现象的潜在应用领域。论文的最后一部分,研究了光腔间的模式耦合特性。对入射腔基横模到次级光腔基横模、一阶横模、二阶横模和三阶横模的功率耦合系数进行了研究,给出了这些耦合系数对光腔轴线间的平行移位、光腔轴线间的相对倾斜的依赖关系的解析表达式。最终给出了这些模式耦合系数达到最大值的条件。理论计算对光学腔体的调节有一定的指导作用。

论文目录:

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 微结构光纤概念的引入

1.2 微结构光纤的分类

1.3 光子带隙导光机理

1.4 微结构光纤的研究概况

1.4.1 微结构光纤的无休止单模特性

1.4.2 色散的多样性

1.4.3 微结构光纤中的偏振和双折射

1.4.4 微结构光纤的非线性特征

1.4.5 微结构光纤的制作

1.4.6 微结构光纤的其它研究领域

1.5 本论文的主要工作及创新点

1.6 本章小结

第2章微结构光纤模式及模间干涉的研究方法

2.1 等效折射率方法

2.2 局域化函数方法

2.3 平面波展开方法

2.4 双正交基矢方法

2.5 多极化方法

2.6 Fourier 展开方法

2.7 有限微分方法

2.7.1 时域有限微分方法

2.7.2 频域有限微分方法

2.8 有限元方法

2.9 本章小结

第3章微结构光纤中不同模式的色散特征

3.1 与微结构光纤色散有关的研究领域

3.2 微结构光纤的基模色散特征

3.3 微结构光纤的多模色散特征

3.4 本章小结

第4章微结构光纤中的模间干涉

4.1 光波导中模间干涉的研究概况

4.2 双模微结构光纤中的模间干涉

4.2.1 双模微结构光纤中频率域模间干涉的理论计算及与实验的比较

4.2.2 双模干涉精细结构及其成因的探讨

4.3 四模微结构光纤中的模间干涉现象

4.4 多模微结构光纤中的模间干涉现象

4.5 四模微结构光纤中模间干涉的理论计算

4.5.1 单色光入射时的四模模间干涉

4.5.2 平坦连续谱入射时的四模模间干涉

4.6 四模干涉现象的理论解释

4.7 微结构光纤和光波导中多模干涉的比较

4.8 本章小结

第5章光腔间的模式耦合

5.1 模式耦合的研究概况

5.2 非共轴腔之间的模式耦合

5.3 倾斜腔之间的模式耦合

5.4 一般腔体之间的模式耦合

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介

发布时间: 2008-12-11

参考文献

[1].自由电子激光振荡器光腔问题的理论研究[D]. 窦玉焕.中国工程物理研究院2005
[2].三反射镜准光腔电磁辐射源的研究[D]. 殷勇.电子科技大学2007
[3].双光腔光力系统中机械振子基态冷却问题的研究[D]. 郭玉杰.清华大学2015
[4].大气小分子的激光光腔衰荡光谱线型研究[D]. 谈艳.中国科学技术大学2015
[5].光腔衰荡光谱技术研究若干自由基的光谱[D]. 赵东锋.中国科学技术大学2009
[6].新型微结构光纤及其宽带器件应用研究[D]. 赵彤彤.北京交通大学2018
[7].微结构光纤非线性特性的理论及其实验研究[D]. 宋学鹏.北京邮电大学2006
[8].微结构光纤非线性特性及功能器件的研究[D]. 刘建国.南开大学2007
[9].若干新型微结构光纤的结构设计与关键特性分析[D]. 刘小毅.北京邮电大学2007
[10].微结构光纤中超短激光脉冲传输及色散特性研究[D]. 李曙光.燕山大学2004

微结构光纤中的模间干涉及光腔的模式耦合

猜你喜欢