高双折射光子晶体光纤的双折射特性及其应用研究

摘要

基于光子晶体材料的基本特性与特点，上世纪90年代初Ph．St．Russell等人提出了光子晶体光纤的概念与设计。光子晶体光纤具有许多传统光纤不具有的特性，如无截止单模特性，灵活的色散特性、大模式面积、非线性效应等。通过对光子晶体光纤空气孔的形状、大小和排列方式的调整，可以得到很好的偏振保持光纤。 普通保偏光纤双折射特性的测量方法主要分为基于拍长测量的横向移动压力法、磁光调制法等等：基于偏振色散的波长扫描法以及折射近场法。由于高双折射光子晶体光纤(HB—PCF)的高双折射结构特点，目前其双折射特性的测量方法主要分为三类间接测量法；第一类为波长扫描法，第二类为扭转法，第三类为偏振敏感的光频域反射(POFDR)测量法。 由于扭转法和偏振敏感的光频域反射测量法较为复杂，本文通过波长扫描法，测量了HB—PCF的群双折射Bg的波长依赖关系；通过模式双折射Bm和波长的经验公式，得到了Bm1的波长依赖关系。通过对获得的Bg和Bm1的比较，本文提出对于双折射由几何效应导致的HB—PCF，不能简单地忽略群双折射Bg和模式双折射Bm的差别项λdBm(λ)/dλ而认为群双折射等于模式双折射。本文首次采用剪断法，直接测量得到了HB—PCF的模式双折射Bm2随波长的变化关系。通过APSS软件仿真，本文得到了模式双折射Bm3的波长依赖关系。最后，本文对上述三种方法获得的模式双折射Bm1、Bm2、Bm3进行了比较、分析。 本文对晶体中的双折射现象以及由双折射晶体制成的传统波片进行了介绍；首次对采用HB—PCF制作的光纤波片进行了分析和测量。测量了HB—PCF的温度稳定性；并在实验从上从λ/4光子晶体光纤波片获得0.27 dB的圆偏振光输出。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言——光子晶体及光子晶体光纤

1.1光子晶体

1.1.1光子晶体的提出及其应用

1.1.2光子晶体基础理论

1.2光子晶体光纤理论及其特点、应用

1.2.1光子晶体光纤

1.2.2光子晶体光纤的导光机理

1.2.3光子晶体光纤的特性及应用

第二章具有双折射的光子晶体光纤的基本特性

2.1光纤双折射特性

2.1.1表征单模光纤中双折射特性的物理量

2.1.2.传统偏振保持光纤的分类

2.2高双折射光子晶体光纤的双折射特性与结构

2.2.1高双折射光子晶体光纤的双折射特点

2.2.2高双折射光子晶体光纤的设计结构

第三章现有光纤双折射特性的测量方法

3.1传统高双折射光纤的双折射测量方法

3.1.1基于拍长测量的双折射特性测量方法

3.1.2偏振模色散法

3.2高双折射光子晶体光纤的双折射特性的测量方法

3.2.1波长扫描法

3.2.2扭转法

3.2.3偏振敏感的光频域反射器(POFDR)测量法

第四章高双折射光子晶体光纤双折射特性的测量与仿真

4.1高双折射光子晶体光纤(HB-PCF)双折射的Sagnac环路扫描法测量

4.1.1测量原理

4.1.2测量结果与讨论

4.2采用剪断法测量HBPCF的模式双折射

4.2.1剪断法测量的实验框图、步骤和实验结果

4.2.2.剪断法测量结果的处理方法

4.3 HB-PCF双折射特性的数值分析与仿真

4.4实验数据和仿真数据的对比分析

第五章高双折射光子晶体光纤在λ/4波片方面的应用

5.1波片的现状

5.1.1晶体中的双折射现象

5.1.2波片概念以及种类

5.1.3传统波片存在的问题

5.2高双折射光子晶体光纤λ/4波片

5.2.1高双折射光子晶体光纤的温度特性

5.2.2高双折射光子晶体光纤在λ/4波片的应用

第六章总结和展望

参考文献

致谢

附录一Sagnac环路波长扫描法测量数据