光子晶体光纤带隙特性的研究

摘要

光子带隙传导光的机制是光子晶体光纤的一个重要特征。本文主要针对光子晶体光纤的带隙特性进行了理论分析和实验研究。重点研究的是空芯光子晶体光纤的带隙性质，分析了空芯光纤相比于传统光纤具备的优点。计算和研究了带隙特性随光纤的结构参数变化的关系。提出了测量光纤带隙的实验方法，并搭建了实验测量平台。 在理论分析的过程中，利用了计算光纤的光子带隙的全矢量平面波展开法。通过能带理论分析了产生光子带隙的起因。重点研究了二维光子晶体能带结构的分布，说明了光子晶体的介质材料对光子带隙特性的影响。进一步在理论上进行了数值模拟，分析了不同晶格结构排列对光子带隙特性的影响。结合分析的结论来设计出更优化带隙结构的光子晶体光纤。 采用透射谱法进行光纤带隙的实验研究。搭建了检测可见光波段的实验装置系统，主要测量了耦合到空芯光子晶体光纤光波导的透射谱分布图，通过实验数据处理得到了光子带隙的结构图。理论上又通过全矢量平面波展开法进行了数值模拟，计算了与实验中相同结构的光纤的带隙特性，进而可以与实验结果进行比较，来验证实验方案的可行性。 介绍了当前1550 nm光子带隙型光纤的发展情况和它的传输特性，理论计算了课题组自行制备的空芯光子晶体光纤的带隙分布，带隙结构出现在1550nm光波长处，为新的近红外光区光子带隙的研究提出了新要求。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1课题的研究背景和意义

1.2光子晶体简介

1.2.1光子晶体及光子带隙的概念

1.2.2光子晶体的结构

1.3光子晶体光纤简介

1.3.1光子晶体光纤的导光机制

1.3.2光子晶体光纤的特性

1.3.3光子晶体光纤的制备方法

1.3.4光子晶体光纤的发展现状和存在的问题

1.4论文的研究内容和组织结构

第2章光子晶体光纤带隙的理论计算方法

2.1引言

2.2固体物理的基本概念

2.2.1晶格矢量

2.2.2倒格子

2.2.3布里渊区

2.2.4布洛赫定理

2.3全矢量平面波展开法

2.3.1全矢量平面波展开法特征方程的建立

2.3.2产生光子带隙的原因

2.4二维光子晶体的光子带隙的计算

2.4.1维光子晶体结构的波动方程

2.4.2二维光子晶体带隙的分析

2.5本章小结

第3章光子晶体光纤带隙特性分析

3.1引言

3.2不同晶格结构排列的光子带隙

3.2.1正方晶格结构的光子带隙

3.2.2三角晶格结构的光子带隙

3.2.3类蜂窝晶格结构的光子带隙

3.3光子晶体光纤带隙结构的数值计算

3.3.1光子带隙随光纤的包层空气孔直径的变化关系

3.3.2光子带隙随光纤的包层孔节距的变化关系

3.3.3光纤带隙随包层空气填充率的变化分布

3.3.4介电材料对光纤带隙影响

3.3.5拉制光纤的最优化结构可实现宽带隙

3.4最优化带隙结构的光子晶体光纤

3.5本章小结

第4章光子晶体光纤带隙的测量

4.1引言

4.2实验测量系统中的仪器

4.2.1溴钨灯光源室

4.2.2光栅单色仪

4.2.3光电倍增管

4.3光子带隙测量的实验研究

4.3.1实验测量系统装置

4.3.2实验中被测的光纤

4.3.3透射谱法测量光子带隙

4.3.4实验过程中的关键因素和注意的问题

4.4本章小结

第5章1550nm带隙空芯光子晶体光纤的研究

5.1引言

5.2 1550nm带隙型空芯光子晶体光纤

5.2.1新型空芯光子晶体光纤

5.2.2 1550nm带隙空芯光子晶体光纤

5.2.3课题组拉制的1550nm空芯光子晶体光纤

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介