几种新型结构光子晶体光纤及其偏振器件研究

摘要

随着通讯技术的发展光学偏振器件的地位显得日益重要，由于衍射极限的限制使得亚波长光学偏振器件的小型化和集成化遇到了困难。目前，利用光子晶体结构来实现亚波长光学偏振器件是在国际上相对较为常见的一种方法，本文设计了几种具有新型结构的光子晶体光纤，利用有限元法对其进行了特性分析和结构优化，并讨论了它们在光学偏振滤波和偏振分束方面的应用，本文的研究对于光学偏振器件的设计和应用具有一定的借鉴意义。论文研究的主要内容如下：
　　首先，对光子晶体光纤的发展现状进行了概述，特别是偏振型光子晶体光纤和基于表面等离子体共振效应的金属填充或镀膜光子晶体光纤的主要研究进展。
　　其次，介绍了光子晶体光纤主要的数值研究方法，基于Maxwell电磁理论给出了模拟光子晶体光纤的波导理论和有限元方法，并给出了电磁波在金属导体内的基本传播理论与表面等离子体激元的激发，进一步分析了金属和电介质交界面附近的表面等离子体共振效应。
　　再次，设计了两种可用于光学偏振滤波的光子晶体光纤。其中具有一个超大镀金气孔的光子晶体光纤在光通讯波段具有良好的偏振滤波效果。另一种具有两个超大镀金气孔的光子晶体光纤能够同时在不同偏振方向上对两个不同通讯波段进行滤波。并且，对这两种结构进行了进一步优化和数值分析，使这两种结构的光纤都可以达到良好的偏振滤波效果。
　　最后，设计了用于光学偏振分束的双芯光子晶体光纤。经过有限元法分析，在不同的光纤结构参数下利用这种光纤能分别获得高消光比。在此结构的基础上，通过对两个纤芯之间的气孔填充液体可以达到更为优良的偏振分束效果，填充液体使用于偏振分束的光纤长度更短，有利于器件小型化。