光子晶体光纤偏振特性的研究

摘要

近些年来，因为光子晶体光纤所拥有的特殊光学特性，使它在光通信、激光器、光传感等领域起到举足轻重的重要作用。特别是光子晶体光纤在色散、模场面积以及双折射等方面的高度可控的特性，使光子晶体光纤在光通信领域具有普通光纤无法超越的特性，大量运用光子晶体相关技术的色散补偿和保偏特性的光纤已经被普遍使用。然而在横向压力影响下，详尽的PMD与DGD特性规律目前还未有相关实验研究。因为传播速度在光纤的通信中越发的增大，学者们就看重了通常被忽略的偏振模色散(PMD)问题，而它同时也是限制制约高速率光纤通信的重大原因。所以对光子晶体光纤差分群时延和偏振模色散的研究就变得越来越重要。
　　本文首先对光子晶体光纤的发展概况进行了简要的描述，并简单扼要的分析了光子晶体光纤的两种导光机制，粗略描述了几类用途的光子晶体光纤。对色散、损耗、双折射、无截止单模传输以及非线性等光子晶体光纤的特殊性质进行了介绍说明。其次对于光子晶体光纤的理论分析方法：光束传播法、全矢量平面波法、多极法、有效折射率、时域有限差分法等相关方法进行了扼要介绍与理论分析。分析全矢量有限元法、平面波法及光束传播法的基本原理，进行本征方程理论推导，对边值条件及适用条件等做了较为详细的介绍。最后介绍了光子晶体光纤的偏振特性，从理论上研究了横向压力作用在光子晶体光纤（PCF）上对偏振模色散（PMD）和差分群时延（DGD）的影响，对于不同横向压力作用下偏振模色散与差分群时延分别进行了详细的数值模拟。理论模拟结果说明光子晶体光纤的DGD和PMD的数值都跟随者横向压力的变化而发生很大的改变。分别对实验室具备的大模场光子晶体光纤的PMD与DGD随着横向作用力变化的特殊性质来进行相应的实验验证。实验结果表明，当压力的大小在逐渐增大时，光子晶体光纤的DGD整体趋势都会增大；光子晶体光纤的偏振模色散的数值也将跟随着压力的增大而呈上升趋势，它们的变化规律都符合理论分析的结果。本研究对于光子晶体光纤的压力传感、远距离、高速率、高功率传输等范围的应用都具有相当重大的意义。

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第1章 绪论

1.1 光子晶体光纤的发展概况

1.2 光子晶体光纤的分类

1.3 光子晶体光纤的特性

1.4 本文的主要内容和章节安排

1.5 本章小结

第2章 光子晶体光纤的理论分析方法

2.1光束传播法

2.2 有限元法

2.2.1电磁场特征方程的推导

2.2.2边界条件

2.3平面波法

2.3.1 波动方程的推导

2.3.2 波动方程的求解

2.4 本章小结

第3章 光子晶体光纤偏振特性的研究

3.1 光子晶体光纤的偏振特性

3.1.1 光子晶体光纤的双折射现象

3.1.2 偏振相关损耗

3.1.3 偏振模之间的耦合

3.2 偏振模色散的性质

3.2.1 偏振模色散的概念

3.2.2 描述偏振模色散的概念物理量

3.3 横向压力作用下光子晶体光纤的偏振特性的研究

3.3.1 光子晶体光纤应力理论分析

3.3.2 横向压力作用下光子晶体光纤的偏振性质

3.4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

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