低损耗宽带太赫兹波光子晶体光纤的研究
发布时间:2017-08-24 20:45
本文关键词:低损耗宽带太赫兹波光子晶体光纤的研究
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【摘要】:太赫兹波是当前研究的热点,其在电磁波谱中处于特殊的位置,被人们称为“生命光线”。太赫兹波有着广阔的应用前景,目前已应用于成像、医学、监测、通信等方面。光子晶体光纤(PCF)结构设计灵活,传输性能优良,是传输太赫兹波的首选媒质。研究表明环烯烃共聚物在太赫兹波处传输损耗极低,相对于石英也更容易拉制。因此本文以环烯烃共聚物(COC)作为基底物质,设计了两种新型的太赫兹波光子晶体光纤(THz-PCF),深入研究其太赫兹波段的传输特性,研究结果可以为光纤制作提供理论参考。主要内容归纳如下:1.为了能够在太赫兹波段实现远距离宽频带传输,设计了一种具有低吸收损耗的环烯烃共聚物(COC)作为基底材料双包层太赫兹光子晶体光纤。利用全矢量有限元法并结合模式选择理论,数值模拟了该光纤的单模传输范围、限制损耗、色散以及有效模场面积等特性。结果表明:该光纤在太赫兹波内具备优良的传输特性,经过合理的结构参数设计与优化能够使得在1~10THz内基模限制损耗远小于0.1d B/m,二阶模限制损耗大于1d B/m。因此可获得1THz至10THz的宽频带单模传输,而且在1.5THz~10THz内群速度色散值可以控制在±0.1ps/(THz·cm)。2.设计了一种新型单偏振单模(SPSM)光子晶体光纤,通过纤芯加入非对称菱形空气孔实现高双折射。结果表明:随着太赫兹频率的增加,基模的一个偏振态将不满足纤芯传输条件继而转变为泄漏模,无法在纤芯中传输,实现了太赫兹波的单偏振单模传输。该光子晶体光纤既实现了宽频带SPSM传输又降低了光纤基底材料的吸收损耗。同时,包层结构对称性有效的限制了光波泄漏,实现较低的限制损耗。
【关键词】:太赫兹波 光子晶体光纤 单模 双折射 单偏振 损耗
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN253
【目录】:
- 摘要7-8
- Abstract8-11
- 第1章 绪论11-20
- 1.1 THz波简介及研究现状11-12
- 1.2 光子晶体光纤12-15
- 1.2.1 光子晶体光纤简介12-13
- 1.2.2 光子晶体光纤的特性13-15
- 1.2.3 光子晶体光纤的数值模拟方法15
- 1.3 THz光子晶体光纤15-18
- 1.4 THz光子晶体光纤制备方法18
- 1.5 论文的主要研究内容18-20
- 第2章 光子晶体光纤的有限元模拟方法20-26
- 2.1 有限元变分方程20-21
- 2.2 区域离散与插值函数21-22
- 2.3 基于变分的有限元方程22-23
- 2.4 边界条件23-24
- 2.5 数值仿真结果对比24-25
- 2.6 本章小结25-26
- 第3章 双包层太赫兹光子晶体光纤传输特性的研究26-33
- 3.1 光纤结构26-27
- 3.2 数值结果与分析27-32
- 3.2.1 限制损耗及单模传输带宽27-29
- 3.2.2 色散特性29-30
- 3.2.3 有效模场面积及非线性系数30-32
- 3.3 本章小结32-33
- 第4章 单偏振单模太赫兹波光子晶体光纤的设计与研究33-39
- 4.1 光纤结构33-34
- 4.2 数值结果与分析34-38
- 4.2.1 双折射特性34
- 4.2.2 单偏振单模特性34-35
- 4.2.3 损耗特性及有效模场面积变化35-37
- 4.2.4 模式的能量分数37-38
- 4.3 本章小结38-39
- 结论39-40
- 参考文献40-44
- 致谢44-45
- 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录45
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
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,本文编号:733084
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