光子晶体光纤中四波混频和受激拉曼散射现象的研究

论文摘要

光子晶体光纤较传统光纤具有灵活的结构和独特的光学特性——无截止单模、灵活的色散特性、丰富的非线性效应等使其在光电子器件的应用方面引起了学术界和工业界的广泛关注,已成为人们研究的热点和焦点。本文首先采用等效折射率模型分析了光子晶体光纤的结构参数与等效折射率之间的关系;分析了光子晶体光纤的色散与结构参数之间的关系,设计了零色散波长位于光子晶体光纤的两个低损耗窗口(1310nm、1550nm)的色散曲线。接着,分别利用超格子法和等效折射率法计算了光子晶体光纤的有效面积、非线性系数,并将这两种方法的计算结果与有限元法的结果进行比较,结果显示用超格子法计算光子晶体光纤的有效面积、非线性系数与有限元法的结果比较一致。然后,通过求解光子晶体光纤中耦合波动方程,讨论了其长度与四波混频转换效率的关系,确定了其最佳长度与光纤参数之间的关系。计算结果表明:采用光子晶体光纤可有效降低其最佳长度(达到几十米的数量级),使之远小于普通光纤(数千米);有效提高了四波混频的转换效率及3dB调谐带宽。最后,着重分析了光子晶体光纤中的拉曼有效面积与拉曼增益系数,确定了它们与光子晶体光纤的孔径、相对孔径的关系,发现了对应最大拉曼增益系数的最佳孔径值的经验公式;并依此为基础计算分析了拉曼放大器中的抽运光与信号光的耦合方程,计算结果表明:采用光子晶体光纤可有效降低拉曼阈值功率,使其达到50mW数量级。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1、光子晶体光纤概述
• 1.1.1、光子晶体
• 1.1.2、光子晶体光纤的提出
• 1.1.3、光子晶体光纤提出的意义
• 1.2、光子晶体光纤的分类
• 1.2.1、光子带隙型光子晶体光纤
• 1.2.2、折射率引导型光子晶体光纤
• 1.3、光子晶体光纤的制备
• 1.4、本论文所使用的研究方法
• 1.4.1、等效折射率法
• 1.4.2、超格子法
• 1.5、论文的研究内容和意义
• 1.6、小结
• 第二章 光子晶体光纤的色散特性
• 2.1、包层基模的等效折射率法
• 2.1.1、等效折射率模型
• 2.1.2、包层等效折射率的计算与讨论
• 2.2、矢量法模拟光子晶体光纤结构色散
• 2.2.1、光子晶体光纤结构色散理论分析
• 2.2.2、数值计算与讨论
• 2.3、光子晶体光纤的色散设计
• 2.3.1、零色散点位于 1310nm 处的色散设计
• 2.3.2、零色散点位于 1550nm 处的色散设计
• 2.4、本章小结
• 第三章 光子晶体光纤的非线性系数
• 3.1、利用超格子法计算光子晶体光纤的非线性系数
• 3.1.1、光子晶体光纤的有效面积
• 3.1.2、光子晶体光纤的非线性系数
• 3.2、利用等效折射率法计算光子晶体光纤的非线性系数
• 3.3、两种方法对比分析
• 3.4、本章小结
• 第四章 基于光子晶体光纤四波混频的波长变换
• 4.1、引言
• 4.2、四波混频理论
• 4.3、四波混频的相位匹配技术
• 4.4、波长转换效率
• 4.5、本章小结
• 第五章 拉曼放大器的增益和阈值与光子晶体光纤结构参数关系的研究
• 5.1、引言
• 5.2、受激拉曼散射的物理机制
• 5.3、理论分析
• 5.4、数值计算与讨论
• 5.5、光子晶体光纤拉曼放大器中阈值
• 5.5.1、理论分析
• 5.5.2、数值计算和讨论
• 5.6、本章小结
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论