微結(jié)構(gòu)光纖及其應(yīng)用研究.pdf

1、摘要微結(jié)構(gòu)光纖(MF)，也稱(chēng)多孔光纖或光子晶體光纖，它的問(wèn)世打開(kāi)了光纖光學(xué)發(fā)展的新篇章。它擁有普通光纖所不具有的獨(dú)特的波導(dǎo)特性，在非線性光學(xué)、高功率光纖激光器、醫(yī)學(xué)科學(xué)和遠(yuǎn)程通信等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。因此開(kāi)展微結(jié)構(gòu)光纖及其應(yīng)用研究具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目和國(guó)家“973”項(xiàng)目，本論文主要圍繞MF的特性和優(yōu)化設(shè)計(jì)以及MF在超連續(xù)譜和大模面積(LMA)MF有源器件方面進(jìn)行了理論研究和實(shí)驗(yàn)研

2、究。主要研究?jī)?nèi)容包括:1.MF波導(dǎo)特性的理論研究作為本論文的基礎(chǔ)工作，結(jié)合MPB軟件(基于全矢量平面波法理論模型)我們對(duì)MF波導(dǎo)特性進(jìn)行了模擬分析。研究了MF的包層氣孔排列方式以及占空比對(duì)模場(chǎng)的影響計(jì)算了iMF的色散曲線，并分析了MF的零色散點(diǎn)蘭移、色散平坦化和雙零色散波長(zhǎng)特性探討了兩種高雙折射MF的雙折射系數(shù)以及兩正交偏振軸的色散特性。2.MF產(chǎn)生超連續(xù)譜的理論研究使用廣義非線性薛定鄂方程(GNLSE)對(duì)飛秒脈沖在MF內(nèi)的傳輸特性進(jìn)行

3、了分析。利用預(yù)側(cè)一校正式分步傅立葉法(PCSSFM)對(duì)MF中超連續(xù)譜特性進(jìn)行了數(shù)值模擬。探討了泵浦脈沖中心波長(zhǎng)位于MF不同色散區(qū)時(shí)超連續(xù)譜產(chǎn)生的物理機(jī)制:研究了MF的長(zhǎng)度和泵浦脈沖參數(shù)對(duì)超連續(xù)譜特性的影響，詳細(xì)分析了超連續(xù)譜演化過(guò)程。3.MF產(chǎn)生超連續(xù)譜的實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)研究了MF中超連續(xù)譜產(chǎn)生的特點(diǎn)和演化。從實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面研究了泵浦脈沖的中心波長(zhǎng)位于MF零色散波長(zhǎng)和反常色散區(qū)的情況F，超連續(xù)譜的特性和演化過(guò)程。從實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面研究

4、了泵浦脈沖中心波長(zhǎng)位于高雙折射MF正常色散區(qū)內(nèi)時(shí)，超連續(xù)譜產(chǎn)生的特點(diǎn)和演化過(guò)程。研究了無(wú)序多芯MF中寬AbstractThemicrostructuredfibers(MFs)alsoknownas“holey“orphotonicscrystalfibershaveopenedanewchapterinfibersoptics.Thesefiberspossesssamenovelopticalpropertiesthatcantbe

5、obtainedinthedesignofconventionalfibersandhavepermitedsignificantprogressinvariousdomainssuchasnonlinearopticshighpowerfiberlasermedicalscienceortelecommunications.Ithasanimportantscientificvalueandappliedsignificancetoc

6、arryoutresearchesonthesefibersandtheirapplication.FundedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChinaunderGrantNo:50377010theResearchFundfortheDoctoralProgrammeof:HigherEducationofChinaunderGrantNo20030055016andthe“9730na

7、tionalprojectIinvestigatedindexguidingMFsintworespects:modelinganddesigningtheiropticalpropertiesandstudyingtheirapplicationincludingbothsuperc6ntinuumgeneration(SCG)andlargemodeareamicrostructuredfiberlaser(LMAMFL).The.

8、mainsubjectsofthisthesisareasthefollowing:1.ResearchonthewaveguidepropertiesofMFs.Asafatidamentalworkofmythesisthe“MPB“afreesoftwarepackagebasedonthefullvectorplanewaveexpansionmethodwasemployedtomodelthewaveguidecharact

9、erizationofindexguidingIvfFs.Firstlytheimpactonmodepropertieswasstudiedbychangingthearrangementandfillingfractionofairholesrespectively.SecondlywecalculatedtheMFsdispersionandanalyzedthenovelpropertiessuchasblueshiftedze

10、rodispersionwavelength(ZDW)flatteneddispersionanddoubledZDWsbyaltertheperiodandfillingfractionofairholes.FinallywediscussedtheMFsbirefringencepropertiesandcalculatedthedispersionprofilesoftwoorthonormalaxes.2.Researchont

11、henumericalsimulationofSCGinMFs.ThegeneralizednonlinearSchrodingerequation(GNLSE)wasusedtoanalyzethepropagationpropertiesoffemtosecondpulseinMFsandthePredictorcorrectorsplitstepFouriermethod(PCSSFM)wasintroducedtosimulat

12、ethesupercontinuumgeneration(SCG).ThephysicalmechanismofSCGwasnumericallystudied~thecentralwavelengthofpumppulseliedindiferentdispersionregion.TherelationbetweentheMFslengthandthespectralbandwidthofsupercontinuumwasstudi