光子晶體光纖基本特性研究及在WDM系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、本論文工作是圍繞任曉敏教授承擔(dān)的973項(xiàng)目課題“基于微結(jié)構(gòu)光纖的光電子功能器件的創(chuàng)新與基礎(chǔ)研究”(項(xiàng)目編號(hào)：2003CB314906)、863項(xiàng)目“單結(jié)構(gòu)與多結(jié)構(gòu)集成式光子晶體光纖及器件”(課題編號(hào)：2003AA311010)、教育部重大項(xiàng)目“基于微結(jié)構(gòu)光纖的新一代光通信器件及系統(tǒng)”(項(xiàng)目編號(hào)：104046)和北京教委共建項(xiàng)目(項(xiàng)目號(hào)：XK100130437)展開(kāi)的。 光子晶體光纖(photoniccrystalfibers，簡(jiǎn)

2、稱PCF)也稱為微結(jié)構(gòu)光纖，它是從光子晶體的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。與標(biāo)準(zhǔn)光纖相比，由于光子晶體光纖的幾何參數(shù)可以自由調(diào)整，使得它具有很多優(yōu)異的特性，如無(wú)截止單模特性，色散和模場(chǎng)面積高度可控，高雙折射等等。所以光子晶體光纖激起了人們濃厚的研究興趣，發(fā)展非常迅速。本論文利用時(shí)域有限差分法對(duì)折射率導(dǎo)光型光子晶體光纖的基本特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，著重研究了光子晶體光纖的有效面積和非線性特性；同時(shí)完成了基于光子晶體光纖的主動(dòng)鎖模光纖環(huán)的實(shí)驗(yàn)研究；并對(duì)基

3、于PCF的10Gb/s超寬WDM通信系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)仿真。以下是論文的主要研究工作。 1.對(duì)時(shí)域有限差分法進(jìn)行了深入研究，利用時(shí)域有限差分法對(duì)光子晶體光纖的基本特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了一些有意義的結(jié)果。 1)研究了PCF的模場(chǎng)分布，數(shù)值模擬的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的真實(shí)光強(qiáng)分布是一致的。 2)對(duì)PCF的模式特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，著重分析了PCF的有效模折射率與其結(jié)構(gòu)參量的依賴關(guān)系。 3)對(duì)光子晶體光纖的有效面積

4、進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，分析了有效面積隨結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律，計(jì)算了相對(duì)孔徑d/∧不同時(shí)，空氣孔間距∧的值從0.8μm變化到2.0μm范圍內(nèi)PCF的有效面積的大小，為PCF的設(shè)計(jì)提供了重要參考。 4)對(duì)光子晶體光纖的非線性系數(shù)與不同結(jié)構(gòu)參量之間的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，特別是對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的PCF在中心波長(zhǎng)為1.55μm的非線性系數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)值分析，得到了非線性系數(shù)隨結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律。該分析結(jié)果可為設(shè)計(jì)高非線性光子晶體光纖提供一定

5、的理論依據(jù)。 2.完成了基于光子晶體光纖的主動(dòng)鎖模光纖環(huán)的實(shí)驗(yàn)研究。在主動(dòng)鎖模光纖環(huán)激光器中，接入一段光子晶體光纖做為腔內(nèi)壓縮介質(zhì)，獲得了重復(fù)頻率為10GHz、脈沖寬度小于11ps的輸出脈沖，波長(zhǎng)調(diào)諧從1532nm-1565nm，范圍達(dá)33nm。與常規(guī)的色散位移光纖(DSF)作為壓縮介質(zhì)相比，采用較短的光子晶體光纖就能更好的實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮的功能。與采用Sagnac環(huán)進(jìn)行壓縮脈沖的方案相比，實(shí)驗(yàn)裝置更為簡(jiǎn)單、緊湊。 3.利用