平頂模式微納光纖的模場(chǎng)及色散特性研究.pdf

1、隨著制備工藝的發(fā)展和器件設(shè)計(jì)理論的成熟,光電子器件的波導(dǎo)尺度已達(dá)到了亞波長(zhǎng)量級(jí)。在微納光子學(xué)的眾多研究領(lǐng)域中,微米和納米尺度的光纖(以下簡(jiǎn)稱微納光纖)技術(shù)的研究尤其引人關(guān)注。由于微納光纖具有小尺寸、低光學(xué)損耗、強(qiáng)光場(chǎng)約束、倏逝波傳輸、高耦合效率大波導(dǎo)色散等特性,故被廣泛地應(yīng)用于微納光子器件。微納光纖在光通信、非線性光學(xué)和傳感等諸多領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　 微納光纖的一個(gè)突出特點(diǎn)就是具有強(qiáng)倏逝場(chǎng)?；谶@一特性,我們可以將多

2、根微納纖芯組束,有望實(shí)現(xiàn)多芯光纖的有效相干耦合和大模場(chǎng)單模輸出,而具有較大模面積的平頂模微納光纖可以作為組束的理想選擇。此外,平頂模微納光纖本身也是一種新型的微納光波導(dǎo)結(jié)構(gòu),其波導(dǎo)特性值得研究。
　　 本文首先介紹了微納光纖、平頂模光纖和大模場(chǎng)光纖的研究現(xiàn)狀。隨后對(duì)光纖的基本理論和方法進(jìn)行了分析研究,討論了微納光纖的基本特性。最后著重分析了平頂模式微納光纖的模場(chǎng)及色散特性。本文所做的工作如下:
　　 (1)基于階躍光纖模

3、式理論,數(shù)值模擬了平頂模式微納光纖的模場(chǎng)特性。結(jié)果表明,通過(guò)合理設(shè)計(jì)光纖參數(shù),可以獲得基模中心平頂模場(chǎng)分布,平頂模分布區(qū)間范圍和光纖凹陷半徑d直接相關(guān),即模場(chǎng)中心平頂范圍為-d～d;平頂模式微納光纖各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)模場(chǎng)特性和中心凹陷半徑的影響都幾乎一致;平頂模式微納光纖在纖芯和包層折射率差較小且纖芯半徑足夠小的情況下,光纖有效面積陡增,可實(shí)現(xiàn)大模面積光纖;普通微納光纖當(dāng)芯徑只有800 nm時(shí),其有效面積可超過(guò)1000μm2。而且,多根平頂模

4、式微納光纖組束可以實(shí)現(xiàn)較好的多纖芯耦合。
　　 (2)利用二分法求解超越方程,計(jì)算并討論了平頂模式微納光纖和普通微納光纖的色散特性。結(jié)果表明,平頂模式微納光纖與常規(guī)微納光纖及大芯徑平頂模式光纖的波導(dǎo)色散特性均不同。在0.3μm到1.6μm波段內(nèi),當(dāng)光纖折射率分布發(fā)生變化時(shí),其波導(dǎo)色散曲線唯一的極小值有規(guī)律地增大或減小,并出現(xiàn)藍(lán)移或紅移現(xiàn)象:而當(dāng)芯徑尺寸減小時(shí),波導(dǎo)色散極小值明顯減小,但極小值點(diǎn)位置都出現(xiàn)在0.6μm處。但無(wú)論是光