光子晶體光纖及光偏振分束器的特性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、光子晶體光纖(PCF)具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性和諸多優(yōu)良的光學(xué)特性，因此，光子晶體光纖無(wú)論在設(shè)計(jì)自由度還是在傳輸特性上都具有傳統(tǒng)光纖無(wú)法比擬的優(yōu)越性。另外，伴隨著光子晶體光纖理論研究的進(jìn)一步完善和制備工藝水平的逐步提高，越來(lái)越多的結(jié)構(gòu)不同而功能各異的光子晶體光纖被廣泛應(yīng)用于濾波器和傳感器等光纖器件的制備應(yīng)用中，其對(duì)現(xiàn)代光學(xué)的應(yīng)用研究?jī)r(jià)值也愈加重要。
　　本文以光子晶體光纖為研究對(duì)象，優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種高雙折射高非線性光子晶體光纖和兩種新型

2、雙芯光子晶體光纖偏振分束器，利用全矢量有限元法和模式耦合理論對(duì)其相關(guān)特性進(jìn)行了仿真分析與研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.對(duì)光子晶體光纖進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，包括其分類(lèi)、基本特性及其制備方法，在總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上提出了本文的主要工作安排和創(chuàng)新點(diǎn)。
　　2.列舉說(shuō)明光子晶體光纖的幾種常用研究方法，并重點(diǎn)介紹有限元法的基本原理和以該方法為基礎(chǔ)的COMSOL Multiphysics軟件的仿真分析過(guò)程；另外，本章還介紹了光波

3、導(dǎo)模式耦合理論及其對(duì)應(yīng)耦合方程的簡(jiǎn)單求解過(guò)程。
　　3.設(shè)計(jì)了一種以石英為基底且具有微結(jié)構(gòu)橢圓纖芯的高非線性高雙折射光子晶體光纖，并采用有限元法對(duì)其相關(guān)特性進(jìn)行仿真研究。通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，該光纖在波長(zhǎng)1.55μm處可獲得有效模場(chǎng)面積最小值為2.18162μm，非線性系數(shù)高達(dá)59.46μkm-1·W-1，雙折射值為1.679×10-2。該結(jié)構(gòu)可同時(shí)具備優(yōu)良的雙折射和非線性特性，另外調(diào)整內(nèi)包層豎直方向空氣孔直徑可靈活改變光纖的非線性和

4、雙折射特性，在實(shí)際的應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際的需求來(lái)選擇參數(shù)的設(shè)置使其達(dá)到研究所需的性能指標(biāo)。
　　4.提出了一種以石英為基底的光子晶體光纖偏振分束器的新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并采用有限元法和模式耦合理論對(duì)其相關(guān)特性進(jìn)行仿真研究，結(jié)果表明，提高結(jié)構(gòu)中心橢圓孔的摻雜折射率、降低中心橢圓孔的橢圓率及提高6個(gè)大小相同且對(duì)稱(chēng)分布的大橢圓形空氣孔的橢圓率均可減小光子晶體光纖的耦合長(zhǎng)度，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化最終得到偏振分束器長(zhǎng)度為500μm，在波長(zhǎng)為1.55μm處

5、消光比高達(dá)-50.87 dB，且可獲得26nm消光比小于-20dB的寬帶范圍。
　　5.提出了一種分別以碲酸鹽和SF57為基底的光子晶體光纖偏振分束器的新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并應(yīng)用有限元法和模式耦合理論對(duì)其性能差異進(jìn)行研究。分析表明，增大結(jié)構(gòu)中心的橢圓率可同時(shí)提高兩種雙芯光子晶體光纖的相對(duì)耦合長(zhǎng)度，而雙折射基本不變。根據(jù)兩種分束器的性能對(duì)比可知，碲酸鹽偏振分束器具有相對(duì)較高的消光比和較寬的帶寬，即在工作波長(zhǎng)為1.55μm，光纖長(zhǎng)度為161