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保偏和高非线性光子晶体光纤的研究

作　者: 王朝晋
导　师: 贺庆丽
学　校: 西北大学
专　业: 光学
关键词: 光子晶体光子晶体光纤有限元方法高非线性色散
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,光子晶体光纤的研究在世界范围内受到了极大的关注,短短十几年时间,光子晶体光纤理论分析和制备方法以及新型光子晶体光纤器件不断涌现。光子晶体光纤相比于传统光纤有很多新的特性,比如保偏性能,其双折射值可以比传统保偏光纤高几个数量级,另外光子晶体光纤相比于传统光纤有很强的非线性系数,很多在传统光纤中不能实现的非线性效应在光子晶体光纤中都能实现。本文对保偏光子晶体光纤和高非线性光子晶体光纤进行理论研究,分析了高双折射光子晶体保偏光纤和高非线性光子晶体光纤的光学传输特性,并对其进行了数值模拟。(1)设计了一种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基的单偏振单模(SPSM)微结构聚合物光纤(MPOF)。利用全矢量有限元法和光束传播法相结合分析了这种光纤的偏振特性和约束损耗。通过优化光纤结构参数,发现在0.52-0.63μm的可见光波长范围,由于基模两个正交偏振模的截止波长不同,这种微结构聚合物光纤只能传输基模中的一个偏振模,从而实现单偏振单模运转。该11圈圆空气孔六角排列光纤结构的传导偏振模在0.57μm波长处约束损耗仅为1.13dB/Km,这种低损耗的单偏振单模微结构聚合物光纤可有效消除传统保偏光纤固有的偏振串扰和偏振模色散。(2)设计了一种高非线性光子晶体光纤,采用全矢量有限元法对其光学特性进行理论分析和数值模拟。研究结果显示该光子晶体光纤在波长0.7-1.4μm的可见光与近红外波长范围内,色散可以通过光纤几何结构参数进行灵活调谐,非线性系数在1.31μm波长处达到51km-1W-1。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-18
  1.1 光子晶体光纤简介  8
  1.2 光子晶体光纤导光机制  8-10
    1.2.1 改进的全内反射  8-9
    1.2.2 光子带隙引导  9-10
  1.3 光子晶体光纤发展历史与研究现状  10-12
    1.3.1 光子晶体光纤研究现状  10-11
    1.3.2 光子晶体光纤存在的问题  11-12
  1.4 光子晶体光纤特性与应用  12-16
    1.4.1 固体芯光子晶体光纤  12-16
    1.4.2 空心光子晶体光纤  16
  1.5 本论文的主要内容  16-18
第二章理论模型  18-29
  2.1 常用的几种理论方法介绍  18-19
    2.1.1 传输矩阵法  18
    2.1.2 平面波法  18-19
    2.1.3 时域有限差分法  19
    2.1.4 有限元法  19
  2.2 有限元方法  19-28
    2.2.1 模型建立  20-21
    2.2.2 区域划分和单元编码  21-23
    2.2.3 插值函数  23-24
    2.2.4 方程组的建立  24-26
    2.2.5 方程组的求解  26
    2.2.6 矢量有限元  26-28
  2.3 本章小结  28-29
第三章保偏聚合物光子晶体光纤优化设计  29-36
  3.1 单偏振单模聚合物光子理论基础  29-31
  3.2 单偏振单模聚合物光子晶体设计  31-32
  3.3 单偏振单模聚合物光子晶体几何参数优化设计  32-34
  3.4 本章小结  34-36
第四章高非线性光子晶体光纤的优化设计  36-46
  4.1 高非线性光子晶体理论介绍  36-38
  4.2 高非线性光子晶体设计  38-39
  4.3 光子晶体光纤各参数对色散和非线性系数的影响  39-44
  4.4 本章小结  44-46
全文总结  46-48
参考文献  48-52
硕士期间发表的论文  52-53
致谢  53

保偏和高非线性光子晶体光纤的研究

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