新型光子晶體光纖色散特性研究.pdf

1、在高速光纖通信系統(tǒng)中，色散成為限制傳輸速率的主要因素，因而，光纖的群速度色散成為人們關注的焦點。對于標準單模光纖，色散值隨波長的變化而變化且有一定的斜率，要實現波分復用系統(tǒng)中多信道同時補償就要實現寬帶范圍內的色散斜率補償;對于現代全光網絡，全光波長變換技術是波分復用系統(tǒng)的核心技術，該技術是基于光纖中四波混頻效應，因而需要具有低色散值、低色散斜率和高非線性特性的光纖。
　　本文研究了光子準晶體光纖的傳輸特性。首先介紹了光子晶體光纖和

2、光子準晶體光纖的基本概念、基本特性、有限元分析方法和國內外在色散研究方面的進展;接著分析了全固光子準晶體結構光纖的結構參數對該光纖的限制性損耗特性、色散特性和非線性特性的影響;隨后優(yōu)化光纖結構，設計了一種具有高非線性和超平坦近零色散的全固光子準晶體光纖;最后設計了一種寬帶色散斜率補償光子準晶體光纖，該光纖可以同時實現色散和色散斜率補償。主要研究內容包括:
　　1、設計了全固光子準晶體光纖的結構，采用有限元法對該光纖進行數值模擬。然

3、后分別對該光纖的限制性損耗特性、色散特性和非線性特性進行了研究，分析了孔徑比d2/Λ、棒間距Λ、中心棒直徑d1和中心棒摻雜濃度的改變對限制性損耗、基模有效折射率、色散系數、色散斜率、有效模場面積和非線性系數的影響，總結變化規(guī)律，并且在理論上對這些變化規(guī)律進行了解釋。
　　2、對全固光子準晶體光纖的傳輸性能進行優(yōu)化，得到了一種具有低限制性損耗、高非線性和超平坦近零色散的全固光子準晶體光纖。該光纖在1470nm到1675nm波段范圍內

4、的限制性損耗低于10-4dB/km，并且得到了0±1 ps/(nm·km)的近零平坦色散;在通信窗口1550nm波長處，該光纖的色散系數值為-0.004ps/(nm·km)，色散斜率值為0.0077 ps/(nm2·km)、非線性系數為27.47W-1km-1。
　　3、提出了一種具有中心缺陷的新型光子準晶體光纖，中心缺陷區(qū)域形成的結構可以使得色散曲線的寬度得到極大擴展，進而可以得到與單模光纖近似相等的相對色散斜率，同時具有較大的

5、負色散值。分析了光纖的孔徑比d2/Λ、孔間距Λ和中心棒直徑d1對色散系數、色散斜率和相對色散斜率特性的影響。經過對光纖的結構優(yōu)化，得到了可以實現S+C+L波段色散和色散斜率補償的光子準晶體光纖。在1460nm到1625nm波段范圍內，該光纖的色散值取值范圍為-710.8ps/(nm·km)到-1293.1 ps/(nm·km)，色散斜率變化范圍為-3.11 ps/(nm2·km)到-3.76ps/(nm2·km);該光子準晶體光纖的相對

6、色散斜率與標準單模光纖近似相等，其值為0.0044nm-1到0.0029nm-1，能很好地實現色散斜率補償。
　　4、對色散斜率補償光子準晶體光纖對標準單模光纖的色散補償結果、色散斜率補償結果和相對色散斜率進行了比較。結果表明:在1460nm到1625nm波段范圍內，該光纖色散補償結果D（λ）的曲線近零平坦，色散補償結果D(λ）的取值范圍為-0.5～0 ps/(nm·km)，所以該光纖可以實現色散補償;色散補償結果DS(λ)的取值