含缺陷态光子晶体光纤特性研究.pdf

文档介绍：单位代码: 10293 密级:
硕士学位论文
论文题目: 含缺陷态光子晶体光纤特性的研究
号学 Y003091042
名姓赵岩
导师施伟华副教授
学科专业光学
研究方向信息光学及应用
申请学位类别理学硕士
论文提交日期二〇一二年三月
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南京邮电大学
硕士学位论文摘要
学科、专业:理学光学
研究方向:信息光学及应用
作者: 2009 级研究生赵岩
指导教师:施伟华副教授
题目:含缺陷态光子晶体光纤的特性研究
英文题目:Study on the characteristics of PBG-PCF with defects
主题词:光子晶体光纤,平面波法,矢量有限元法,带隙,缺陷,
模式耦合,色散,损耗
Keywords: Photonic Crystal Fiber, Plane Wave Expansion Method, Vector
Finite Element Method, Bandgap, Defects, Mode Coupling,
Dispersion, Loss
南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要
摘要
光子晶体光纤 1992 年首次被提出,由于相对于传统光纤的独特的结构和特殊的性质,被
作为未来替代常规光纤的下一代新型光纤。其中根据带隙原理导光的光子带隙型光子晶体光
纤(PBG-PCF)属于严格意义上的光子晶体光纤。不过由于制造工艺的限制,无法达到 PBG-PCF
对包层周期性的严格要求,产生的包层缺陷严重影响了 PBG-PCF 性能,尤其是其泄漏损耗,
还未达到常规光纤水平。
本文从包层保持严格周期性的 PBG-PCF 出发,排除表面模的影响,选用截切法实现的纤
芯半径为 R = * Λ的 PBG-PCF 作为研究对象。在此 PBG-PCF 结构基础上,分别研究了含
有空气孔缺失缺陷、空气孔形变缺陷、空气孔位错缺陷对 PBG-PCF 各种性能的影响。结果表
明:空气孔缺失缺陷会在纤芯模附近产生三条缺陷模,分别和纤芯模有三个交点。点缺陷出
现 4 层以内会在交点处发生“避免相交效应”,纤芯模色散曲线被隔断。4 层以外纤芯模色散
曲线是连续的,但是损耗、双折射曲线会在交点波长处有峰值。空气孔形变缺陷的形变程度
决定了是否在纤芯模附近产生缺陷模和产生缺陷模的数量。形变程度保持在一定范围以内(例
如收缩∆d / d = )不会在纤芯模附近产生新的缺陷模。空气孔位错缺陷不会在纤芯模
附近产生缺陷模,不破坏光子色散曲线的连续性,但是会引起很高的双折射效应。距离纤芯
第二排空气孔位错 20% 可以产生高达10−4 的双折射,对于设计高双折射 PCF,它是一种有潜
在利用价值的缺陷形式。
本文在最后还初步探讨了多种缺陷组合存在的情况,全矢量有限元法(FEM)可以有效
的求解带隙内的所有模式,对几种点缺陷简单组合进行了规律总结。本文关于缺陷态对
PBG-PCF 特性影响的研究内容,对 PBG-PCF 的生产设计、工艺控制,进一步提升性能有实
际意义。
关键词:光子晶体光纤,平面波法,矢量有限元法,带隙,缺陷,模式耦合,色散,损耗
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南京邮电大学硕士研究生学位论文 Abstract
Abstract
Photonic crystal fiber was first proposed in 1992. It has unique structures and s