微结构光波导光学特性的研究

论文摘要

光子晶体作为一种新型的人工光学材料,是现代光学与电磁学的热点研究领域。光子晶体拥有光子带隙,能更好的控制光的传播,在此基础上开发的微结构光波导能实现传统光波导无法实现的功能。本论文采用有限元法分析了微结构光波导的光学特性,主要内容包括：(1)利用有限元法讨论了微结构光纤的光纤模式特性和传输特性,为微结构光纤的综合设计提供了一定的理论参考。(2)利用有限元法分别研究了空芯带隙微结构光纤、四角弧形微结构光纤和双缺陷微结构光纤的结构参数对其光纤模式特性和传输特性的影响。其中,空芯带隙光纤我们用拓扑优化的方法,优化了内层空气孔环的角直径；双缺陷光纤中取特定的参数值时(dc=0.9μm,Λ=1.3μm,di=0.48μm,和do=0.48μm)可以在很大波长范围内得到相对比较平坦的色散和色散斜率曲线。(3)研究了两种结构的光子晶体波导输出端的能量分布。第一种是二维菱形介质柱光波导,通过改变出口介质柱的位置使光场产生汇聚。第二种是二维圆形介质柱光波导,通过优化出口介质柱的位置和大小,使出射光波场得到汇聚并使场强得到加强。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光子晶体简介
• 1.3 微结构光纤
• 1.3.1 微结构光纤的制备
• 1.3.2 微结构光纤的特性
• 1.4 微结构光波导的数值分析方法简介
• 1.5 本章小结
• 参考文献
• 第二章 用有限元法分析微结构光纤
• 2.1 有限元法
• 2.1.1 基本方程
• 2.1.2 静态电磁场边值问题
• 2.1.3 用有限元法分析光波导
• 2.1.4 各向异性完全匹配层
• 2.2 微结构光纤传输特性的数值仿真
• 2.2.1 计算模型
• 2.2.2 传导模有效折射率
• 2.2.3 限制损耗
• 2.2.4 模场面积及非线性系数
• 2.2.5 色散及色散斜率
• 2.3 本章小结
• 参考文献
• 第三章 几种特殊结构光纤的理论分析及数值仿真
• 3.1 空芯微结构光纤
• 3.1.1 光纤模型
• 3.1.2 结果讨论
• 3.2 双缺陷平坦色散微结构光纤
• 3.2.1 光纤模型
• 3.2.2 结果讨论
• 3.3 四角弧形高非线性低损耗微结构光纤
• 3.3.1 光纤模型
• 3.3.2 结果讨论
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 二维微结构光波导输出端设计
• 4.1 前言
• 4.2 方柱微结构光波导的设置及其仿真
• 4.3 圆柱微结构光波导的优化及其仿真
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文