新型光子晶體光纖及光子晶體慢光波導(dǎo)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、光子晶體是一種介電常數(shù)在波長(zhǎng)量級(jí)上周期性排列的新型人工材料。其所具有的光子帶隙和光子局域特性使人們操控光子成為可能。光子晶體波導(dǎo)和光子晶體光纖是光子晶體的兩個(gè)重要應(yīng)用,研究和改善光在其中的傳輸特性對(duì)于光纖通訊和全光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)具有非常重要的意義。光子晶體研究曾經(jīng)被Science選為十大熱點(diǎn)領(lǐng)域之一,具有重要的研究意義。因此,本論文從理論上研究了光子晶體光纖和光子晶體波導(dǎo)的一些特性,重點(diǎn)研究了光子晶體光纖的雙折射特性以及光子晶體光纖與光子晶

2、體波導(dǎo)的平坦慢光特性。
　　 本文的主要內(nèi)容如下:
　　 (1)介紹了光子晶體的基本概念,包括光子晶體的特性、應(yīng)用以及數(shù)值模擬方法;光子晶體光纖和光子晶體波導(dǎo)的概念,以及慢光的概念和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。
　　 (2)用平面波展開(kāi)法對(duì)光子晶體光纖的雙折射特性進(jìn)行理論模擬。分析了包層的橢圓空氣孔參數(shù)和纖芯缺陷的變化對(duì)雙折射特性的影響;同時(shí),分析了外包層空氣孔的改變對(duì)光纖雙折射特性的影響。模擬結(jié)果表明,內(nèi)包層橢圓空氣孔與纖

3、芯缺陷對(duì)光子晶體光纖雙折射有很大的影響;外包層空氣孔參數(shù)的變化對(duì)光纖色散特性可以起到一定的改善作用。通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù),最終得到了雙折射值超過(guò)10-3的高雙折射光子晶體光纖,在光纖傳感及保偏傳輸中有潛在的研究?jī)r(jià)值。同時(shí),該光纖模型具有平坦色散和小模場(chǎng)區(qū)域特性,在光纖傳輸以及光纖非線性效應(yīng)中有重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　 (3)由于雙折射現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致偏振模能量耦合和偏振模色散,所以我們進(jìn)一步對(duì)光子晶體光纖的高雙折射特性進(jìn)行分析,提出了一種新

4、型單偏振單模光子晶體光纖結(jié)構(gòu)。分析了光子晶體光纖包層橢圓孔大小、橢圓率以及圓孔半徑對(duì)光子晶體光纖特性的影響,得到了單偏振單模波長(zhǎng)范圍和帶寬隨幾何參數(shù)變化的關(guān)系。最終,通過(guò)優(yōu)化包層空氣孔的幾何參數(shù),得到了最大帶寬為700nm的單偏振單模傳輸范圍。
　　 (4)用平面波展開(kāi)法對(duì)光子晶體波導(dǎo)的慢光特性進(jìn)行了分析。通過(guò)反向移動(dòng)波導(dǎo)周?chē)諝饪孜恢?破壞波導(dǎo)周?chē)庾泳w的對(duì)稱(chēng)性,有效的改善了光子晶體的慢光特性。通過(guò)移動(dòng)不同的距離,得到了不同

5、群折射率、不同帶寬的慢光波導(dǎo),可用于各種不同的應(yīng)用。同時(shí),用二維和三維平面波展開(kāi)法對(duì)同一光子晶體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論模擬,研究了波導(dǎo)厚度對(duì)慢光特性的影響,對(duì)實(shí)際制作光子晶體慢光波導(dǎo)有一定的指導(dǎo)意義。
　　 (5)對(duì)帶隙型光子晶體光纖的慢光特性進(jìn)行了詳盡的理論分析。通過(guò)對(duì)光子晶體光纖的內(nèi)包層空氣孔進(jìn)行微流體填充,有效的改善了光子晶體光纖的慢光特性,實(shí)現(xiàn)了寬帶的平坦慢光傳輸。同時(shí),分析了不同的微流體折射率對(duì)慢光特性的影響,給出了其他填充