基于线性阵列结构全固态光纤特性研究

摘要

全固态光子晶体光纤与传统光纤全内反射导光原理不同，它是基于光子带隙效应机制导光的一类光纤，其纤芯折射率小于包层有效折射率，光在这种光纤中传播时，会被束缚在纤芯中。而线性阵列结构全固态光纤是传统光子晶体光纤基础上的一种改进，它继承了传统光子晶体光纤的优点还有着自己独特的优点。本文对线性阵列结构全固态光纤以及其改进结构进行理论仿真研究，讨论模场特性、约束损耗特性、弯曲特性等，主要工作总结如下：
　　（1）分析光子晶体光纤的一些优点及光子晶体光纤的应用；简述了分析光子晶体光纤的一些数值算法，比较它们的优缺点；并重点介绍平面波展开法和有限元法。后面的研究都要以这些理论方法为基础。
　　（2）利用平面波展开法对线性阵列结构全固态光纤进行理论仿真研究。讨论这种光纤的带隙特性以及参数变化对带隙的影响。结果表明：在这种光纤中，常用波长基模处于第二带隙；当高折射率棒与纤芯的折射率差变大或者高折射率棒与包裹它的石英直径之比变大时，带隙会向下移动，带隙中的基模波长范围向长波长方向移动。
　　（3）利用有限元法对线性阵列结构全固态光纤模场特性进行研究，并且分析了它的约束损耗特性、弯曲损耗特性以及双折射特性。研究发现，这种光纤除了存在基模还存在二阶模，说明它并不是单模光纤；
　　（4）提出了三种改进结构的全固态光纤，对于改进结构光纤的模场特性进行对比分析。发现相同波长时，“米”字结构光纤纤芯能量百分比最高，波长?=1.7μm时，纤芯能量可以达到 f?92.7％。还重点对“米”字型结构的约束损耗、弯曲损耗以及光纤参数变化对光纤特性的影响进行研究。研究表明随着高折射率介质与纤芯折射率差增大，带隙结构会向长波长方向移动；随着高折射率棒间距增大，带隙结构向长波长方向移动；这三种结构光纤基模离带隙边缘很近。

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第1章 绪论

1.1 光子晶体光纤

1.2 光子晶体光纤的导光原理及特性

1.3全固态光子晶体光纤

1.4光子晶体光纤的应用

1.5 本论文的研究内容

第2章 光子晶体光纤的理论研究方法

2.1 光子晶体光纤理论研究方法概述

2.2平面波展开法

2.3 全矢量有限元法

2.4 本章小结

第3章 线性阵列结构全固态光纤特性研究

3.1 线性阵列结构全固态光纤带隙

3.2 模场特性

3.3 双折射特性

3.4 损耗特性

3.5 弯曲损耗特性

3.6 本章小结

第4章 “米”字结构全固态光纤特性研究

4.1 “米”字型光纤结构及其参数

4.2 “米”字结构光纤约束损耗

4.3 “米”字结构光纤弯曲损耗

4.4 “米”字结构光纤模场特性

4.5 “十”字结构和“一”字结构光纤模场特性

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢