PBG光子晶体光纤色散及非线性的研究

摘要

随着信息时代的到来,语音、图像、视频、数据等业务量的膨胀,人们对通信网络容量的要求急剧增大.大容量的光纤通信网作为骨干网络已渗透到各种电信网络中,并且随着密集波分复用系统(DWDM)的发展和逐步成熟,光纤通信网络正进一步向超高速、超大容量的方向发展,逐步向全光网络的方向演进.然而在传统的光纤通信网中,传输介质光纤本质上受到损耗、色散和非线性效应三大因素的限制,使得网络容量的进一步提高,网络性能的进一步提升越来越困难,从而人们开始寻求研制新型光纤以取代常规光纤,以此为进一步增加光网络的容量,提升光网络的性能扫除传输介质造成的障碍.该文讨论的带隙效应光子晶体光纤(PBG-PCF)就是其中的一种新型光纤.PBG-PCF近年来引起了人们越来越多的关注,日益成为研究的热点.PBG-PCF具有独特的几何结构,从截面上看,包层折射率呈周期性变化,而中心为一缺陷作为纤芯;独特的几何结构使得光子晶体光纤能以独特的机理——光子带隙效应——导光:独特的导光机理造就了光子晶体光纤独特的传输特性——可控的波导色散特性、理论上极低的损耗和非线性效应;从而表现出作为光网络传输介质的巨大潜力.由于PBG-PCF具有复杂的几何结构,电磁波理论难以得到精确的解析解,只能通过采用数值方法进行计算机仿真来对PBG-PCF进行分析研究.该文首先采用平面波法(PWM)和时域有限差分法(FDTD)这两种数值方法,研究PBG-PCF的空气导光特性、缺陷态、色散特性:得出PBG-PCF实现空气导光的条件,以及在不同的结构参数条件下,PBG-PCF的空气导光特性、缺陷态及对应的波导色散特性.然后类比于激光在大气中传输时产生的主要的非线性效应,结合空气通道PBG-PCF本身的实际情况,对激光束在PBG-PCF空气通道中传输时的非线性效应作了分析讨论,半定量地分析了激光束在PBG-PCF空气通道中传输时可能产生的热畸变、受激拉曼效应及击穿效应.随后对造成激光束在PBG-PCF空气通道中传输损耗的线性效应——吸收和散射及其他一些可能造成损耗的因素做了简单的分析.最后简单地讨论PBG-PCF在DWDM系统中的应用.光子晶体光纤的研究始于1996年,是一个全新的研究领域,加之最初的研究主要集中在基于全内反射的光子晶体光纤(TIR-PCF),学术界对PBG-PCF的研究较少,目前对PBG-PCF的研究仍然处于起步阶段,该文对PBG-PCF的研究以及由此得到一些结论对进一步研究PBG-PCF具有重要的学术意义和一定的实用价值.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1 DWDM系统中常规光纤遇到的问题

1.2光子晶体光纤简介

1.3光子晶体光纤数值计算方法简介

1.4论文的研究重点和内容安排

参考文献

第二章平面波法(PWM)和时域有限差分法(FDTD)基本理论

2.1平面波法(PWM)基本理论

2.2时域有限差分法(FDTD)基本理论

2.3总结

参考文献

第三章PBG-PCF空气导光特性的研究

3.1 PBG-PCF空气导光条件的理论分析

3.2完整结构PBG-PCF带隙结构的计算

3.3 PBG-PCF空气导光特性的计算仿真结果与分析

3.4总结

参考文献

第四章PBG-PCF中缺陷态频率及其色散特性的研究

4.1 PBG-PCF波导色散表达式

4.2 PBG-PCF缺陷态频率及其波导色散特性的计算方法

4.3 PBG-PCF缺陷态频率及其波导色散特性的计算仿真结果与讨论

4.4 PBG-PCF的材料色散

4.5 PBG-PCF色散特性在DWDM系统中应用的讨论

4.6总结

参考文献

第五章PBG-PCF中激光传输非线性效应的研究

5.1 PBG-PCF空气通道激光传输热畸变效应的研究

5.2 PBG-PCF空气通道激光传输受激拉曼散射效应的研究

5.3 PBG-PCF空气通道激光传输空气击穿效应的研究

5.4 PBG-PCF空气通道激光传输的线性效应及其他损耗因素简介

5.5 PBG-PCF非线性特性在DWDM系统中应用的讨论

5.6总结

参考文献

结束语

硕士研究生期间发表论文

致谢