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一维光子晶体在掺铒光纤放大器平坦中的应用

作　者: 康莉莉
导　师: 李志全
学　校: 燕山大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 光子晶体传输矩阵法掺铒光纤放大器增益平坦遗传算法
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

摘要光子晶体是20世纪80年代末提出的新概念和新型人工微结构材料。典型结构的光子晶体是由不同介电常数的电介质周期排列而成,根据空间结构的不同,光子晶体可以分为一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体。由于光子晶体能够控制光在其中的传播,所以它的应用已经成为光电子领域的研究热点。本论文就是针对一维光子晶体传光特性及其对掺铒光纤放大器增益平坦改善的应用展开的研究。具体内容包括:介绍了电磁波在光子晶体中传输的模型,并采用传输矩阵法分析了构成光子晶体的材料与几何尺寸对其光学传输特性的影响,包括介质折射率的变化、周期数和入射光角度的变化对一维完整周期光子晶体的透射特性影响以及周期数、缺陷层厚度的变化对一维缺陷光子晶体的反射谱特性的影响。另外还结合实际,分析了一维光子晶体介质层厚度的无序度分别对一维完整周期光子晶体和一维缺陷光子晶体的影响。介绍了掺铒光纤放大器(EDFA)的发展及特点;分析了掺铒光纤放大器的增益放大原理,并在此基础上结合一维缺陷光子晶体的反射谱特性,提出了用一维缺陷光子晶体实现掺铒光纤放大器增益平坦化的方案。介绍了遗传算法的优化原理及其应用过程;结合一维缺陷光子晶体的反射谱特性建立了掺铒光纤放大器增益平坦化的数学模型;通过运行遗传算法得到一维光子晶体参数的值,由已得到的参数的具体数值进行了仿真实验。结果表明,在1530 nm-1560 nm范围内,掺铒光纤放大器的增益整体得到平坦且平坦效果明显。为了证明方案的普适性,在选取另外一条EDFA增益谱的前提下,运用相同方法同样达到了EDFA增益的平坦化。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 光子晶体概述  10-13
    1.1.1 光子晶体概念  10-12
    1.1.2 光子晶体特性  12-13
  1.2 光子晶体的制备  13-15
  1.3 光子晶体的典型应用  15-18
  1.4 本文的研究目的和主要内容  18-20
    1.4.1 本文的研究目的  18-19
    1.4.2 本文的主要内容  19-20
第2章一维光子晶体的光学传输特性  20-40
  2.1 一维光子晶体模型  20-21
    2.1.1 一维光子晶体的基本结构  20-21
    2.1.2 一维光子晶体与光学多层介质膜  21
  2.2 一维传输矩阵模型  21-26
    2.2.1 传输矩阵理论  21-24
    2.2.2 一维光子晶体的传输矩阵  24-26
  2.3 一维完整周期结构光子晶体的光学传输特性  26-31
    2.3.1 偏振态及入射角对透射谱的影响  26-29
    2.3.2 周期数对透射谱的影响  29-30
    2.3.3 折射率差对透射谱的影响  30-31
  2.4 一维缺陷光子晶体的光学传输特性  31-36
    2.4.1 缺陷层厚度对反射谱的影响  32-33
    2.4.2 周期数对反射谱的影响  33-36
  2.5 介质层厚度的无序对一维光子晶体的影响  36-39
    2.5.1 无序度对完整周期结构光子晶体的影响  36-37
    2.5.2 无序度对缺陷光子晶体的影响  37-39
  2.6 本章小结  39-40
第3章光子晶体实现掺铒光纤放大器增益平坦化的理论研究  40-50
  3.1 光放大器概述  40-42
  3.2 掺铒光纤放大器的特点  42-43
    3.2.1 掺铒光纤放大器的优点  42
    3.2.2 掺铒光纤放大器的应用  42-43
  3.3 掺铒光纤放大器的放大原理  43-49
    3.3.1 掺铒光纤放大理论  43-47
    3.3.2 基于光子晶体的掺铒光纤放大器平坦方案  47-49
  3.4 本章小结  49-50
第4章一维光子晶体对掺铒光纤放大器平坦化的实验研究  50-72
  4.1 遗传算法  50-56
    4.1.1 遗传算法概述及其优点  50-51
    4.1.2 遗传算法的应用过程  51-52
    4.1.3 遗传算法的实现方法  52-55
    4.1.4 遗传算法的数学描述  55-56
  4.2 遗传算法在掺铒光纤放大器平坦化中的应用  56-57
    4.2.1 掺铒光纤放大器增益平坦模型的建立  56-57
    4.2.2 目标函数的确定  57
  4.3 遗传算法的修正与改进  57-60
    4.3.1 种群初始化方法的改进  58
    4.3.2 比例选择策略的改进  58-59
    4.3.3 交叉操作中近亲繁殖问题的处理  59
    4.3.4 交叉率与进化代数关系的分析  59
    4.3.5 交叉率与变异率的关联优化  59-60
  4.4 遗传算法参数对优化结果的影响  60-65
    4.4.1 种群大小m 对k 值的影响  62-63
    4.4.2 进化代数T 对k 值的影响  63
    4.4.3 交叉率Pc 对k 值的影响  63-64
    4.4.4 变异率Pm 对k 值的影响  64-65
  4.5 掺铒光纤放大器增益平坦的仿真实验  65-68
  4.6 算法普适性研究  68-71
  4.7 本章小结  71-72
结论  72-74
参考文献  74-78
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  78-79
致谢  79-80
作者简介  80

一维光子晶体在掺铒光纤放大器平坦中的应用

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