压缩型光子晶体光纤双折射和色散特性研究

发布时间：2017-03-20 16:00

  本文关键词：压缩型光子晶体光纤双折射和色散特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光子晶体光纤因结构的灵活设计性,可设计结构不同的光子晶体光纤实现有效折射率的灵活分布,满足各种传输特性的要求。如,可用于光纤传感的高双折射光子晶体光纤;可用于远距离光通讯系统的色散补偿光纤;可用于全波通信的宽波段近零平坦色散光纤。本文目的是理论研究高双折射光子晶体光纤的色散和损耗特性。为了获得具有高双折射特性的光子晶体光纤,提出了由压缩三角格子和椭圆空气孔双重作用构成的低对称性压缩模型。然后,针对不同色散的应用领域,设计了五种不同结构的压缩型全反射机理导光的光子晶体光纤。通过全矢量有限元法和超格子构造法,理论模拟了光子晶体光纤的结构和传输特性。研究内容主要如下:(1)针对远距离传输系统——累积色散影响光信号传输问题,设计了2种用于色散补偿的压缩型高双折射光子晶体光纤。第一种光纤,针对传输波长为1.55μm的单模光纤进行色散补偿,采用降低正交方向上空气孔的包层结构。模拟结果显示:在波长1.55μm附近,实现了宽波段高负色散特性;在1.55μm处,双折射达到3.4?10-2且损耗较低。另一种光纤,针对全波通信设计的色散补偿光子晶体光纤,仅在纤芯添加一个小的缺陷空气孔。模拟结果显示:在1.2~1.7μm的宽波段范围内,可实现-640 ps/nm/km的高负平坦色散,双折射达到10-2,且损耗也非常低。(2)针对通讯系统——单模光子晶体光纤中色散引起脉冲展宽问题,设计了两种在1.55μm处具有低色散值的压缩型高双折射光子晶体光纤。第一种光纤,采用在纤芯添加一个小的缺陷空气孔并增大包层的3-4层空气孔的结构,实现了高双折射、近零色散、低损耗及大有效面积的特性。另一种光纤,采用减小中间一行空气孔及包层正交方向的四个空气孔的结构,在1.55μm处,不仅实现了近零色散和10-2数量级的高双折射,而且在宽波段内有效面积也具有平坦特点。(3)针对波分复用系统——不同波长的色散响应不一致问题和色散引起的脉冲展宽问题,设计了一种具有宽波段低平坦色散特性的压缩型高双折射光子晶体光纤。采用渐变的包层结构增大控制色散的灵活性,去掉包层中间水平方向的两个空气孔提高结构的不对称性。结果表明:在1.4~1.7μm的宽波段内,可实现近零平坦色散和10-3数量级的高双折射。
【关键词】：光子晶体光纤 高双折射 色散 色散补偿 有限元法 超格子构造法
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN253
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 光子晶体光纤11-14
• 1.2.1 光子晶体11-12
• 1.2.2 光子晶体光纤12-14
• 1.3 光子晶体光纤特性14-18
• 1.3.1 无截止单模传输特性14-15
• 1.3.2 高双折射特性15-16
• 1.3.3 灵活可调的色散特性16-17
• 1.3.4 损耗特性17
• 1.3.5 可调节的有效面积17
• 1.3.6 高非线性特性17-18
• 1.4 光子晶体光纤的研究意义18
• 1.5 本文主要研究内容与结构安排18-21
• 第二章 光子晶体光纤模拟方法与结构研究21-33
• 2.1 模拟方法介绍21-22
• 2.1.1 有效折射率法21
• 2.1.2 正交分解法21-22
• 2.1.3 平面波展开法22
• 2.1.4 多极法22
• 2.2 超格子构造法22-23
• 2.3 全矢量有限元法23-25
• 2.3.1 边界条件24-25
• 2.4 高双折射光子晶体光纤25-27
• 2.4.1 常见高双折射 PCF 结构25
• 2.4.2 本文高双折射光纤结构设计理念25-27
• 2.5 色散补偿光子晶体光纤27-30
• 2.5.1 色散补偿的原因28
• 2.5.2 色散补偿的方法28-29
• 2.5.3 几种典型的色散补偿光子晶体光纤29-30
• 2.6 常见的近零色散特性光子晶体光纤30-31
• 2.6.1 1.55μm处近零色散PCF30-31
• 2.6.2 宽带近零平坦色散PCF31
• 2.7 本章小结31-33
• 第三章 色散补偿压缩型高双折射光子晶体光纤33-51
• 3.1 引言33
• 3.2 宽波段色散补偿压缩型高双折射PCF33-41
• 3.2.1 光纤横截面结构设计33-35
• 3.2.2 双折射、色散、有效面积与压缩比SR的关系35-36
• 3.2.3 色散、双折射、有效面积与椭圆度ER的关系36-37
• 3.2.4 双折射、色散、有效面积与空气孔D和d的关系37-39
• 3.2.5 优化结构39-41
• 3.2.6 本节小结41
• 3.3 超格子构造法与全矢量有限元法比较41-42
• 3.4 全光波段色散补偿压缩型高双折射PCF42-51
• 3.4.1 光纤横截面结构设计43-44
• 3.4.2 双折射、色散与椭圆度ER的关系44-45
• 3.4.3 双折射、色散与D的关系45-46
• 3.4.4 双折射、色散与d的关系46-47
• 3.4.5 双折射、色散与压缩比SR的关系47
• 3.4.6 优化结构47-50
• 3.4.7 本节小结50-51
• 第四章 近零色散及宽带低色散压缩型高双折射光子晶体光纤51-73
• 4.1 引言51
• 4.2 1.55μm处近零色散压缩型PCF51-57
• 4.2.1 光纤的横截面设计51-53
• 4.2.2 中心空气孔cr对双折射和色散的影响53-54
• 4.2.3 包层大空气孔R对双折射和色散的影响54-55
• 4.2.4 优化结构55-57
• 4.2.5 本节小结57
• 4.3 1.55μm处近零色散压缩型高双折射PCF57-64
• 4.3.1 光纤横截面结构设计57-59
• 4.3.2 大空气孔R对双折射和色散的影响59
• 4.3.3 小空气孔r对双折射和色散的影响59-60
• 4.3.4 中心缺陷空气孔cr对双折射和色散的影响60-61
• 4.3.5 优化结构61-63
• 4.3.6 本节小结63-64
• 4.4 宽波段近零平坦色散压缩型高双折射PCF64-73
• 4.4.1 引言64
• 4.4.2 光纤横截面结构设计64-65
• 4.4.3 包层空气孔d1对双折射和色散特性的影响65-66
• 4.4.4 包层空气孔d2对双折射和色散特性的影响66-67
• 4.4.5 包层空气孔d3对双折射和色散特性的影响67-68
• 4.4.6 优化结构68-71
• 4.4.7 本节小结71-73
• 第五章 结论与展望73-75
• 5.1 结论73-74
• 5.2 展望74-75
• 参考文献75-81
• 致谢81-83
• 附录83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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  本文关键词：压缩型光子晶体光纤双折射和色散特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：258016