光子晶體光纖及其功能型器件的研究.pdf

1、本文研究了光子晶體光纖的傳導(dǎo)特性，從理論和實(shí)驗(yàn)上對(duì)基于光子晶體光纖的有源、無(wú)源器件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析。首先闡述了光子晶體光纖的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀以及平面波展開(kāi)法和有限單元法等數(shù)值計(jì)算方法；接著對(duì)光子晶體光纖的傳導(dǎo)機(jī)制、基本傳導(dǎo)特性以及光子帶隙光纖的表面模和高雙折射光子晶體光纖的溫度和力學(xué)特性進(jìn)行了研究；實(shí)驗(yàn)和理論研究了光子晶體光纖光柵；對(duì)雙芯光子帶隙光纖耦合器、高折射率材料填充型光子帶隙光纖可調(diào)衰減器、光子晶體光纖摻鉺放大器、雙包層光子晶

2、體光纖摻鐿激光器、光子晶體光纖拉曼放大器等基于光子晶體光纖的功能器件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。主要研究?jī)?nèi)容包括： 1、研究光子晶體光纖的傳導(dǎo)特性。首先對(duì)三角形、蜂窩形柵格空氣孔包層結(jié)構(gòu)的光子能帶進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上闡述了光子晶體光纖的傳導(dǎo)機(jī)制，對(duì)折射率引導(dǎo)和光子帶隙引導(dǎo)光子晶體光纖的波導(dǎo)色散、泄漏損耗和有效模場(chǎng)面積進(jìn)行了研究。 2、對(duì)光子帶隙光纖的表面模進(jìn)行了理論研究。研究了光子帶隙光纖傳導(dǎo)的纖芯模式和表面模式的特點(diǎn)，對(duì)纖芯截面位置

3、對(duì)這些模式的影響特點(diǎn)進(jìn)行了分析。 3、對(duì)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致高雙折射光子晶體光纖和應(yīng)力區(qū)導(dǎo)致高雙折射光子晶體光纖的雙折射特性進(jìn)行了研究。比較了兩種高雙折射光子晶體光纖的相雙折射和群雙折射的特性，并首次在理論上分析了應(yīng)力區(qū)導(dǎo)致高雙折射光子晶體光纖的溫度特性和側(cè)向應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致高雙折射光子晶體光纖雙折射效應(yīng)的影響，獲得的結(jié)果與已經(jīng)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。 4、對(duì)光子晶體光纖光柵進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。建立了光子晶體光纖和普通光纖的

4、熔接方法，在柚子形光子晶體光纖上寫(xiě)制了布拉格光柵，觀(guān)察到多波長(zhǎng)諧振現(xiàn)象，理論分析表明這是由于纖芯基模和包層模之間的諧振造成的。 5、設(shè)計(jì)了新型雙芯空氣傳導(dǎo)光子帶隙光纖耦合器，并首次在雙芯光纖結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)無(wú)耦合現(xiàn)象。對(duì)具有兩個(gè)相鄰纖芯的空氣傳導(dǎo)光子帶隙光纖的傳導(dǎo)模式和耦合特性進(jìn)行了理論分析，在所分析的結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了無(wú)耦合點(diǎn)，在該點(diǎn)兩個(gè)相鄰纖芯之間不發(fā)生能量交換。對(duì)無(wú)耦合現(xiàn)象進(jìn)行了解釋?zhuān)⒏鶕?jù)這種光纖結(jié)構(gòu)的耦合特性理論設(shè)計(jì)了波長(zhǎng)解復(fù)用器

5、和偏振分離器。 6、對(duì)通過(guò)填充高折射率材料形成的光子帶隙光纖進(jìn)行了理論研究。對(duì)在折射率引導(dǎo)光子晶體光纖包層空氣孔中填充高折射率材料所形成的傳導(dǎo)模式首次基于光子帶隙理論進(jìn)行研究，分析了這種光纖的損耗、色散、模場(chǎng)面積等性質(zhì)以及填充材料折射率變化對(duì)傳導(dǎo)性質(zhì)的影響。根據(jù)分析結(jié)果，基于這種光子帶隙光纖設(shè)計(jì)了工作在1550nm的可調(diào)衰減器。 7、設(shè)計(jì)了基于蜂窩包層結(jié)構(gòu)下?lián)诫s纖芯的光子帶隙光纖摻鉺放大器，并研究了它的放大特性。研究表明