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高双折射光子晶体光纤的结构设计与数值模拟

发布时间:2018-04-18 18:07

  本文选题:光子晶体光纤 + 有限元法 ; 参考:《华中科技大学》2015年硕士论文


【摘要】:近年来随着光子晶体光纤的成功拉制,对光子晶体光纤的研究已成为热点。光子晶体光纤也称为微结构光纤,因其结构设计灵活,可调参数众多,使得光子晶体光纤具有传统光纤无法企及的优越特性,诸如无截止的单模传输特性、模场面积可调特性、可调控的色散特性、高非线性特性等。本文主要研究光子晶体光纤的高双折射特性,高双折射特性是光子晶体光纤优于传统光纤的重要特性之一。随着光子晶体光纤理论分析方法的成熟,各种各样二维横截端面的高双折射光子晶体光纤不断涌现。高双折射光子晶体光纤在光信息传输中,逐渐实现系统小型化。因此,研究光子晶体光纤的高双折射特性具有重要意义,设计新型的高双折射光子晶体光纤也是大势所需。首先,本文综述了光子晶体光纤的有关特性、分类、高双折射光子晶体光纤的研究现状。简要介绍了光子晶体光纤的几种理论分析方法,并且重点阐述了有限元法及其有限元分析软件Comsol Multiphysics。其次,设计了一种双芯高双折射光子晶体光纤,其双折射在波长1550 nm处达到了1.65×10-2,比普通的光子晶体光纤的双折射数值高出了一个数量级。并用Comsol Multiphysics软件对该光纤进行了仿真模拟,对其双折射特性进行深入细致的分析。除此之外,还分析了该光纤的其它特性,如模场面积特性和非线性系数特性等。其次,本文还设计了一种高非线性大负色散高双折射光子晶体光纤,其高非线性特性在非线性光学的很多方面都有应用,如在超连续谱中的应用,其负色散特性可以用来作为传输光纤的色散补偿光纤。该光纤在波长1550 nm处,其双折射、非线性系数、色散分别达到了B=9.23×10-2、γx=2852 W-1?km-1、γy=3695 W-1?km-1、Dx=336466 ps?nm-1?km-1、Dy=340975 ps?nm-1?km-1,其值均远远高于普通的光子晶体光纤的数值。本文对该光纤进行了COMSOL仿真结果分析,并且对其双折射特性、非线性特性、色散特性分别进行了详细的分析与讨论。本文设计了两种高双折射光子晶体光纤。系统的理论介绍,详细的数值模拟过程,以及严密的光纤特性分析,对设计高双折射光子晶体光纤具有一定的指导意义。
[Abstract]:In recent years, with the successful fabrication of photonic crystal fiber, the research of photonic crystal fiber has become a hot spot.Photonic crystal fiber is also called micro-structure fiber. Because of its flexible structure and many adjustable parameters, photonic crystal fiber has many excellent characteristics, such as uncut single-mode transmission characteristics, adjustable mode field area characteristics, which can not be achieved by traditional optical fiber.Adjustable dispersion, high nonlinear, etc.In this paper, the high birefringence of photonic crystal fiber is studied. The high birefringence is one of the most important properties of photonic crystal fiber.With the maturity of theoretical analysis methods of photonic crystal fiber, various two-dimensional cross-sectional high birefringence photonic crystal fibers are emerging.High birefringence photonic crystal fiber is miniaturized in optical information transmission.Therefore, it is of great significance to study the high birefringence of photonic crystal fiber, and it is necessary to design a new high birefringence photonic crystal fiber.Firstly, the properties and classification of photonic crystal fiber (PCF) and the research status of high birefringence photonic crystal fiber (PCF) are reviewed in this paper.Several theoretical analysis methods of photonic crystal fiber are briefly introduced, and the finite element method and its finite element analysis software Comsol Multiphysics are emphasized.Secondly, a double core high birefringence photonic crystal fiber is designed. Its birefringence reaches 1.65 脳 10 ~ (-2) at 1550 nm, which is an order of magnitude higher than that of ordinary photonic crystal fiber.The fiber is simulated by Comsol Multiphysics software, and its birefringence is analyzed in detail.In addition, other characteristics of the fiber, such as mode field area characteristics and nonlinear coefficient characteristics, are also analyzed.Secondly, a high nonlinear photonic crystal fiber with large negative dispersion and high birefringence is designed. Its high nonlinear properties are applied in many aspects of nonlinear optics, such as in supercontinuum spectrum.The negative dispersion characteristics can be used as dispersion compensation fibers for transmission fibers.At the wavelength of 1550 nm, the birefringence, nonlinear coefficient and dispersion of the fiber are as high as B _ (9.23 脳 10 ~ (-2)), 纬 _ XN _ (2852) W ~ (-1) K ~ (-1) K ~ (-1), 纬 _ y ~ (3 695) W ~ (-1) K ~ (m ~ (-1)) DX ~ (336466) / m ~ (340975) s ~ (-1) nm ~ (-1) K ~ (m ~ (-1)), which are much higher than those of ordinary photonic crystal fiber.In this paper, the COMSOL simulation results of the fiber are analyzed, and the birefringence, nonlinear and dispersion characteristics of the fiber are analyzed and discussed in detail.Two kinds of high birefringence photonic crystal fibers are designed in this paper.The theoretical introduction of the system, the detailed numerical simulation process and the rigorous analysis of optical fiber characteristics have certain guiding significance for the design of high birefringence photonic crystal fiber.
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN253

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本文编号:1769472


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