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空芯光子带隙光纤结构设计及色散特性分析

作　者: 马丽伟
导　师: 刘敏
学　校: 重庆大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 光子晶体光子带隙光纤色散平面波法有限元法
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 86次
引　用: 1次
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内容摘要

空芯光子带隙光纤因为带隙的存在,提供一种全新的导光模式,在光通信和光器件等领域具有广阔的应用前景。同时光子带隙光纤具有色散可控特性,耦合特性以及非线性等传统光纤不具备的特性,特别是光纤的色散可控特性成为人们研究的重要内容之一。论文针对空芯光子带隙光纤的结构设计及色散特性进行分析,研究光纤结构参数对色散特性的影响,设计的混合结构空芯光子带隙光纤,不仅具有较低的色散值,而且具有较高的纤芯传输功率,为空芯光子带隙光纤的设计增添新的内容。首先,介绍光子晶体光纤的发展背景,主要介绍光子晶体的应用及分类,然后介绍光子晶体光纤的导光机理,并对全内反射型和光子带隙型光纤的特性进行分析。通过减小包层第一层气孔的大小,设计方形空芯光子带隙光纤,并对其色散特性、有效模面积特性、纤芯传输功率特性进行分析,结果表明方形空芯光子带隙光纤具有较低的色散特性,为设计混合结构空芯光子带隙光纤提供理论依据和参考。其次,分析六边形气孔空芯光子带隙光纤的结构参数对色散的影响,随着孔间距与曲化直径的增加,光纤的零色散波长向长波长方向移动,但是当包层气孔直径增加时,光纤的零色散波长却向短波长方向移动,为空芯光子带隙光纤色散设计提供理论参考。最后设计混合结构空芯光子带隙光纤,并取得较低的色散值及较低好的纤芯传输功率特性。通过与方形空芯光子带隙光纤、圆形气孔空芯光子带隙光纤和六边形气孔空芯光子带隙光纤色散特性对比,进一步证实混合结构空芯光子带隙光纤优异的传输特性。混合结构空芯光子带隙光纤具有较低的色散和较高的纤芯传输功率,在孤子传输,波分复用和脉冲压缩等方面具有潜在的应用。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-17
  1.1 引言  8
  1.2 光子晶体  8-11
    1.2.1 光子晶体介绍  8-9
    1.2.2 光子晶体应用及分类  9-11
  1.3 光子晶体光纤及其特性  11-15
    1.3.1 光子晶体光纤简介  11-12
    1.3.2 全内反射光子晶体光纤特性  12-13
    1.3.3 光子带隙型光子晶体光纤的特性  13-15
  1.4 本文的主要工作及意义  15-17
2 光子带隙光纤的理论分析方法  17-27
  2.1 引言  17-18
  2.2 平面波展开法介绍  18-21
    2.2.1 光子晶体中的布洛赫理论  18-20
    2.2.2 光子带隙的算法实现  20-21
  2.3 全矢量有限元法研究光子带隙光纤  21-25
  2.4 本章小结  25-27
3 方形空芯光子带隙光纤结构设计及色散特性  27-32
  3.1 引言  27
  3.2 光子带隙光纤的色散  27-28
  3.3 方形空芯光子带隙光纤的结构设计  28-31
    3.3.1 方形空芯光子带隙光纤的结构设计原理  28-30
    3.3.2 方形空芯光子带隙光纤色散分析  30-31
  3.4 本章小结  31-32
4 六边形气孔空芯光子带隙光纤的结构参数对色散的影响  32-41
  4.1 引言  32
  4.2 六边形气孔空芯光子带隙光纤结构参数对色散的影响  32-39
    4.2.1 孔间距对六边形气孔空芯光子带隙光纤的色散影响  33-35
    4.2.2 曲化直径对六边形气孔空芯光子带隙光纤色散的影响  35-37
    4.2.3 包层气孔大小对六边形气孔空芯光子带隙光纤色散的影响  37-39
  4.3 本章小结  39-41
5 混合结构空芯光子带隙光纤的设计及色散特性  41-57
  5.1 引言  41
  5.2 混合结构空芯光子带隙光纤设计  41-46
  5.3 混合结构HC-PBGF 与方形HC-PBGF 色散特性比较  46-49
  5.4 混合结构HC-PBGF 与圆形气孔HC-PBGF 色散特性比较  49-52
  5.5 混合结构HC-PBGF 与六边形气孔HC-PBGF 色散特性比较  52-56
  5.6 本章小结  56-57
6 结束语  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-64
附录作者在攻读学位期间发表的论文目录  64

空芯光子带隙光纤结构设计及色散特性分析

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