若干新型微結構光纖的結構設計與關鍵特性分析.pdf

1、納米技術與光學技術的發(fā)展與交叉結合，促進了光子晶體的誕生。作為光子晶體的一項重要應用成果，微結構光纖的出現(xiàn)標志著一類新型光纖的問世；與傳統(tǒng)光纖相比，它具有許多無可比擬的優(yōu)良特性，如：無盡單模傳輸、奇異的色散特性、高度可控的非線性系數(shù)和高雙折射特性等。近年來，微結構光纖的研究與發(fā)展引起了廣泛的興趣，并凸顯出“新結構、新材料、新應用”等幾大主題。 本論文圍繞微結構光纖的結構設計與關鍵特性分析進行了探索性的理論研究，內容主要集中在新型

2、微結構光纖的設計與數(shù)值建模，偏振特性、模式特征、色散及非線性特性分析等方面，主要工作如下： 1．分析并總結了用于仿真微結構光纖的多種數(shù)值算法的主要特點及適用場合，建立了基于全矢量有限元法的微結構光纖數(shù)值仿真模型，分析了多模光子晶體光纖的模式特征；建立了非線性全矢量有限元仿真模型，并對仿真模型的可靠性和準確性進行了驗證，該模型考慮了非線性克爾效應的影響，可用于分析強光注入下的穩(wěn)態(tài)特性。 2．首次分析了橢圓形高折射率芯Bra

3、gg光纖的偏振和色散特性，詳細討論了光纖結構參量對模式雙折射度的影響，發(fā)現(xiàn)這種光纖的模式雙折射度在10<'-3>量級，比傳統(tǒng)保偏光纖高出一個量級，且隨波長的增加而單調遞增；提出了高折射率橢圓芯Bragg光纖結構并分析了其偏振特性，詳細討論了光纖結構參量對模式雙折射度以及群速度走離的影響，發(fā)現(xiàn)高折射率橢圓芯Bragg光纖的模式雙折射度可達10<'-2>量級，比傳統(tǒng)保偏光纖至少高出一個量級，并且表現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)保偏光纖的群速度走離特性。

4、 3．首次深入分析了擠壓型光子晶體光纖的限制損耗及其偏振相關性，得出了限制損耗及其偏振相關性與光纖結構參量之間的依賴關系，并在此基礎上，揭示了擠壓型光子晶體光纖作為單偏振光纖的應用潛力。 4．提出一種基于諧振吸收效應的新型單模單偏振光子晶體光纖，并利用全矢量有限元法對其模場分布、限制損耗、工作帶寬、消光比等基本特性進行了數(shù)值模擬，討論了結構設計參量對光纖性能的影響。數(shù)值研究結果表明，該結構可以較低的損耗代價獲得較高的消光比和

5、較寬的單偏振工作帶寬；提出一種新型的基于雙芯結構的單模單偏振光子晶體光纖，該結構可看作對上一種結構的改進和簡化，通過數(shù)值仿真分析了其基本性能，詳細討論了光纖結構參量對光纖性能的影響。 5．分析了高折射率芯Bragg光纖的色散特性，考察了包層內不同環(huán)上的低折射率材料的厚度變化對光纖色散特性的影響；分析了高非線性色散平坦型高折射率芯Bragg光纖中的限制損耗，并提出了一種優(yōu)化設計方案。數(shù)值研究結果表明，該方案可用較為簡單的結構獲得低