新型光子晶體光纖色散特性研究.pdf

1、在高速光纖通信系統(tǒng)中，色散成為限制傳輸速率的主要因素，因而，光纖的群速度色散成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。對于標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，色散值隨波長的變化而變化且有一定的斜率，要實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用系統(tǒng)中多信道同時補(bǔ)償就要實(shí)現(xiàn)寬帶范圍內(nèi)的色散斜率補(bǔ)償;對于現(xiàn)代全光網(wǎng)絡(luò)，全光波長變換技術(shù)是波分復(fù)用系統(tǒng)的核心技術(shù)，該技術(shù)是基于光纖中四波混頻效應(yīng)，因而需要具有低色散值、低色散斜率和高非線性特性的光纖。
　　本文研究了光子準(zhǔn)晶體光纖的傳輸特性。首先介紹了光子晶體光纖和

2、光子準(zhǔn)晶體光纖的基本概念、基本特性、有限元分析方法和國內(nèi)外在色散研究方面的進(jìn)展;接著分析了全固光子準(zhǔn)晶體結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)對該光纖的限制性損耗特性、色散特性和非線性特性的影響;隨后優(yōu)化光纖結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種具有高非線性和超平坦近零色散的全固光子準(zhǔn)晶體光纖;最后設(shè)計(jì)了一種寬帶色散斜率補(bǔ)償光子準(zhǔn)晶體光纖，該光纖可以同時實(shí)現(xiàn)色散和色散斜率補(bǔ)償。主要研究內(nèi)容包括:
　　1、設(shè)計(jì)了全固光子準(zhǔn)晶體光纖的結(jié)構(gòu)，采用有限元法對該光纖進(jìn)行數(shù)值模擬。然

3、后分別對該光纖的限制性損耗特性、色散特性和非線性特性進(jìn)行了研究，分析了孔徑比d2/Λ、棒間距Λ、中心棒直徑d1和中心棒摻雜濃度的改變對限制性損耗、基模有效折射率、色散系數(shù)、色散斜率、有效模場面積和非線性系數(shù)的影響，總結(jié)變化規(guī)律，并且在理論上對這些變化規(guī)律進(jìn)行了解釋。
　　2、對全固光子準(zhǔn)晶體光纖的傳輸性能進(jìn)行優(yōu)化，得到了一種具有低限制性損耗、高非線性和超平坦近零色散的全固光子準(zhǔn)晶體光纖。該光纖在1470nm到1675nm波段范圍內(nèi)

4、的限制性損耗低于10-4dB/km，并且得到了0±1 ps/(nm·km)的近零平坦色散;在通信窗口1550nm波長處，該光纖的色散系數(shù)值為-0.004ps/(nm·km)，色散斜率值為0.0077 ps/(nm2·km)、非線性系數(shù)為27.47W-1km-1。
　　3、提出了一種具有中心缺陷的新型光子準(zhǔn)晶體光纖，中心缺陷區(qū)域形成的結(jié)構(gòu)可以使得色散曲線的寬度得到極大擴(kuò)展，進(jìn)而可以得到與單模光纖近似相等的相對色散斜率，同時具有較大的

5、負(fù)色散值。分析了光纖的孔徑比d2/Λ、孔間距Λ和中心棒直徑d1對色散系數(shù)、色散斜率和相對色散斜率特性的影響。經(jīng)過對光纖的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到了可以實(shí)現(xiàn)S+C+L波段色散和色散斜率補(bǔ)償?shù)墓庾訙?zhǔn)晶體光纖。在1460nm到1625nm波段范圍內(nèi)，該光纖的色散值取值范圍為-710.8ps/(nm·km)到-1293.1 ps/(nm·km)，色散斜率變化范圍為-3.11 ps/(nm2·km)到-3.76ps/(nm2·km);該光子準(zhǔn)晶體光纖的相對

6、色散斜率與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖近似相等，其值為0.0044nm-1到0.0029nm-1，能很好地實(shí)現(xiàn)色散斜率補(bǔ)償。
　　4、對色散斜率補(bǔ)償光子準(zhǔn)晶體光纖對標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的色散補(bǔ)償結(jié)果、色散斜率補(bǔ)償結(jié)果和相對色散斜率進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:在1460nm到1625nm波段范圍內(nèi)，該光纖色散補(bǔ)償結(jié)果D（λ）的曲線近零平坦，色散補(bǔ)償結(jié)果D(λ）的取值范圍為-0.5～0 ps/(nm·km)，所以該光纖可以實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償;色散補(bǔ)償結(jié)果DS(λ)的取值