帶隙型硫系光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能研究.pdf

1、在石英基質(zhì)光子晶體光纖快速發(fā)展的同時(shí)，帶隙型硫系光子晶體光纖作為一種新型光纖也得到了飛速的發(fā)展，它具備硫系玻璃很寬的中紅外透過(guò)特性(透過(guò)波長(zhǎng)范圍1~25?m)和帶隙型光子晶體光纖特有的傳輸特性。帶隙型硫系光子晶體光纖通過(guò)光纖的介電材料的折射率在空間上周期性變化、晶格常數(shù)能夠與光波長(zhǎng)相比擬，使得在滿足布拉格條件下形成光子帶隙。光子在帶隙型硫系光子晶體光纖中傳播時(shí)光波被限制在纖芯的空氣孔中進(jìn)行傳輸。因此，帶隙型硫系光子晶體光纖具有低限制損耗

2、、波導(dǎo)色散可控、非線性系數(shù)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。這些特性使其有廣泛的應(yīng)用前景，如中遠(yuǎn)紅外高功率激光導(dǎo)能、紅外傳感器、醫(yī)療、中紅外超連續(xù)譜產(chǎn)生等領(lǐng)域。
　　論文主要從帶隙型硫系光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及光纖的實(shí)驗(yàn)制備兩個(gè)方面進(jìn)行了深入研究。理論方面，采用平面波展開法重點(diǎn)研究帶隙型硫系光子晶體光纖的完全光子帶隙形成特性與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，運(yùn)用有限元法獲得了相應(yīng)的具有完全光子帶隙的帶隙型硫系光子晶體光纖，并且具有低限制損耗、模場(chǎng)面積適宜的光纖結(jié)構(gòu)參

3、數(shù)。實(shí)驗(yàn)制備方面，研究了Ge-Sb-S體系硫系玻璃組分的光學(xué)特性、熱學(xué)特性和物理機(jī)械性能，研究不同方法制備硫系玻璃光子晶體光纖預(yù)制棒，并對(duì)光纖預(yù)制棒進(jìn)行了拉制實(shí)驗(yàn)。
　　第一章介紹了光子晶體光纖的概念及其研究進(jìn)展，硫系玻璃主要特性，并從帶隙型硫系光子晶體光纖基質(zhì)玻璃選取、制備工藝、理論設(shè)計(jì)和相關(guān)應(yīng)用的方面進(jìn)行闡述。簡(jiǎn)述了本論文主要研究?jī)?nèi)容和目的。
　　第二章主要介紹了帶隙型硫系光子晶體光纖的理論研究方法。采用平面波展開法理論

4、分析光子晶體光纖的完全光子帶隙形成的條件以及影響參數(shù)等。運(yùn)用有限元法分析參數(shù)對(duì)光子晶體光纖的模場(chǎng)面積和傳輸限制損耗的影響。
　　第三章介紹了硫系玻璃(Ge20Sb15S65和Ge15Sb20S65)的制備方法，并研究了這兩個(gè)組分玻璃的光學(xué)特性、熱學(xué)性能以及物理機(jī)械性能。
　　第四章在理論上研究了帶隙型硫系光子晶體光纖的一些基本參數(shù)對(duì)完全光子帶隙產(chǎn)生的影響情況。分析了光纖基質(zhì)玻璃材料、纖芯空氣孔直徑、孔間距等與完全光子帶隙形成

5、的關(guān)系，空氣孔層數(shù)對(duì)帶隙型硫系光子晶體光纖的損耗大小。
　　第五章設(shè)計(jì)了一種基于Ge20Se65Sb15組成為光纖基質(zhì)材料，可用于4.3μm處高功率激光傳輸?shù)牡蛽p耗硫系空心光子帶隙光纖。運(yùn)用平面波展開法(PWM)和有限元法(FEM)分析了不同光纖空氣填充率和不同纖芯孔直徑下硫系玻璃光纖完全光子帶隙形成、基模限制損耗及有效模場(chǎng)面積大小等特性。通過(guò)優(yōu)化光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)，理論上獲得了在4.3μm處的限制損耗為0.00472dB/m，有效模場(chǎng)