保偏光子晶体光纤的理论与实验研究

论文摘要

本文首先给出了光子晶体和光子晶体光纤的概念，介绍了光子晶体光纤不同于普通阶跃光纤的特性；与传统的保偏光纤相比，保偏光子晶体光纤具有很多优越的性质；论述了保偏光子晶体光纤和多组分玻璃光子晶体光纤的研究进展；介绍了光子晶体光纤常用的五种理论分析方法，并重点介绍了本论文采用的有限元法；提出、设计并拉制了一种以多组分玻璃为基质材料的双大孔保偏光子晶体光纤；并对其主要参数进行了测试；最后提出了矩形孔保偏光子晶体光纤。研究内容包括：1.制备了一种多组分玻璃，以其作为基质材料，利用有限元法设计了双大孔结构的保偏光子晶体光纤，并研究了其双折射和色散等特性，得到了双折射随孔间距、大小孔直径之比以及孔径与孔间距之比的变化关系，计算了所设计光纤的材料色散、波导色散及总色散，并由此得到零色散点所在的波长。2.采用毛细管堆积法拉制出所设计的双大孔保偏光子晶体光纤；用显微镜和扫描电镜观察发现当小空气孔直径为0.6μm时，光纤的微结构保持良好。3.测试了所拉制光纤的相关参数，包括光纤端面、折射率分布、单模特性、拍长、偏振模色散、群相位延迟、偏振相关损耗、偏振消光比等；分析了光纤拍长的测试值与理论计算值之间偏差的原因。4.提出了矩形孔结构的高双折射光子晶体光纤，采用有限元法分析了其双折射和限制损耗特性，并提出一种改进的毛细管堆积法来制作这种光纤。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 光子晶体及光子晶体光纤概述
• 1.1.1 光子晶体的基本概念
• 1.1.2 光子晶体光纤的提出
• 1.1.3 光子晶体光纤的特性及应用
• 1.2 保偏光子晶体光纤概述
• 1.2.1 传统保偏光纤简介
• 1.2.2 保偏光子晶体光纤的优势
• 1.2.3 保偏光子晶体光纤的研究进展
• 1.3 多组分玻璃光子晶体光纤的研究进展
• 1.4 光子晶体光纤的数值分析方法
• 1.4.1 等效折射率法
• 1.4.2 时域有限差分法
• 1.4.3 多极法
• 1.4.4 平面波展开法
• 1.4.5 有限元法
• 1.5 本课题的研究目标及主要工作内容
• 1.6 小结
• 第2章 双大孔保偏光子晶体光纤的设计
• 2.1 双大孔保偏光子晶体光纤的材料制备
• 2.2 结构模型
• 2.3 双折射特性
• 2.3.1 孔间距对双折射值的影响
• 2.3.2 大小孔直径之比对双折射值的影响
• 2.3.3 孔径与孔间距之比对双折射值的影响
• 2.4 色散特性
• 2.4.1 光子晶体光纤的材料色散
• 2.4.2 光子晶体光纤的波导色散
• 2.4.3 光子晶体光纤的总色散
• 2.5 设计结果
• 2.6 小结
• 第3章 双大孔保偏光子晶体光纤的制备
• 3.1 光子晶体光纤的制备方法简介
• 3.1.1 毛细管堆积法
• 3.1.2 超声打孔法
• 3.1.3 挤压法
• 3.1.4 溶胶——凝胶法
• 3.1.5 化学腐蚀法
• 3.2 双大孔保偏光子晶体光纤的制备
• 3.3 小结
• 第4章 双大孔保偏光子晶体光纤的测试
• 4.1 光纤端面的测试
• 4.2 折射率分布的测试
• 4.3 单模特性的测试
• 4.4 拍长的测试
• 4.4.1 综合偏振分析仪概述
• 4.4.2 拍长的测试
• 4.5 偏振模色散的测试
• 4.6 偏振相关损耗的测试
• 4.7 偏振消光比的测试
• 4.8 小结
• 第5章 矩形孔保偏光子晶体光纤的设计
• 5.1 结构和模拟方法
• 5.2 矩形孔光子晶体光纤的性质
• 5.2.1 双折射性质
• 5.2.2 限制损耗性质
• 5.3 矩形孔光子晶体光纤的制备
• 5.4 小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢