光子晶體光纖的傳輸特性研究.pdf

1、光子晶體光纖以其自身的一系列獨(dú)特的性質(zhì)引起了國(guó)內(nèi)外廣泛的關(guān)注和研究。從理論上設(shè)計(jì)光子晶體光纖結(jié)構(gòu)并研究其性質(zhì)，對(duì)其實(shí)驗(yàn)室制備和應(yīng)用研究具有重要的指導(dǎo)作用。但光子晶體光纖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使得人們很難對(duì)其特性作簡(jiǎn)單的解析分析，只能通過(guò)數(shù)值方法對(duì)其進(jìn)行模擬分析。本文利用MATLAB語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)了用于分析光子晶體光纖光子帶隙以及模場(chǎng)分布的三種數(shù)值模擬方法，并且利用編寫(xiě)的程序分析了兩種不同類(lèi)型光子晶體光纖的色散、偏振等傳輸特性。論文的主要工作內(nèi)容包括

2、： 1)應(yīng)用平面波方法，結(jié)合無(wú)限邊界周期問(wèn)題的布洛赫邊界條件、倒格空間和第一布里淵區(qū)理論，進(jìn)行了二維正方晶格和二維三角晶格光子晶體光波自面內(nèi)和面外入射時(shí)的光子帶隙分析。分析結(jié)果表明三角形晶格結(jié)構(gòu)對(duì)光波具有更好的限制作用。 2)采用頻域有限差分方法，基于布洛赫周期性邊界條件實(shí)現(xiàn)了二維正方晶格光子晶體的光子帶隙計(jì)算，比較了頻域有限差分方法和平面波方法的光子帶隙分析，結(jié)果表明平面波方法分析光子帶隙計(jì)算速度更快，精度更高。同時(shí)基

3、于頻域有限差分方法完成了不同結(jié)構(gòu)光子晶體光纖的模場(chǎng)分布及有效折射率分析，計(jì)算結(jié)果與有限元軟件Femlab計(jì)算結(jié)果的一致性表明頻域有限差分方法對(duì)光纖模式的分析是準(zhǔn)確的并且使用頻域有限差分方法計(jì)算光纖模式特性是可行的。 3)采用時(shí)域有限差分法，結(jié)合吸收邊界條件和總場(chǎng)——散射場(chǎng)邊界條件，針對(duì)點(diǎn)源和線源兩種不同的激勵(lì)源設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了不同光子晶體結(jié)構(gòu)中的輻射場(chǎng)和散射場(chǎng)的模擬。同時(shí)，對(duì)點(diǎn)源在零邊界條件和吸收邊界條件下的輻射場(chǎng)進(jìn)行了比較，并對(duì)光

4、在二維光子晶體缺陷波導(dǎo)中的傳輸特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，一定結(jié)構(gòu)的二維光子晶體可以將光波很好地限制在其缺陷波導(dǎo)中傳輸。 4)在編程實(shí)現(xiàn)三種數(shù)值模擬方法的基礎(chǔ)上，利用平面波方法和頻域有限差分方法對(duì)兩類(lèi)典型光子晶體光纖——光子帶隙型和全內(nèi)反射型光子晶體光纖的相關(guān)傳輸特性進(jìn)行了模擬分析。在用平面波方法分析薄壁六角形光子晶體光纖帶隙結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，使用頻域有限差分方法分析了空氣纖芯中的模式場(chǎng)分布及相應(yīng)的有效折射率，并基于模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果