新型大模场光子晶体光纤及其传输特性研究

摘要

大模场光纤被认为是解决光纤激光器功率提升面临的非线性效应及光纤损伤等功率增长限制的一种最直接有效的途径。目前光纤激光器输出功率的迅速增长正是得益于大模场光纤的实现，大模场光纤的研究因此成为高功率光纤激光研究领域的热点问题。
　　 光子晶体光纤的出现为大模场光纤的实现提供了一种全新的设计思路。光子晶体光纤指折射率分布沿轴向在光纤横截面上呈波长量级二维周期性或准周期性分布的光纤结构。由于具有二维可调的折射率分布特性，因而相比于传统光纤，光子晶体光纤具有无限单模特性、可控色散特性、可实现高双折射和大模场面积传输等优点，已成为一种新型的光导材料，开辟了一个新的应用领域。
　　 本文首先研究了同时具有低弯曲损耗和大模场单模传输的组合式微结构光子晶体光纤系统。分析了由多模光子晶体光纤的两端分别连接一根单模光子晶体光纤组成的光纤系统的传输特性。采用有限元法分析了多模光纤中的弯曲损耗情况，以及多模光纤中介质柱直径对其模场面积的影响。同时，采用光束传播法对光纤的连接特性和单模特性进行了分析。结果表明，这种新型结构的光纤传输系统可以实现1593μm2的大模场面积和低弯曲损耗传输。通过对结构的改进，多模光纤和两个单模光纤间还可以实现较低的连接损耗。
　　 本文还提出了一种微结构芯大模场平顶光纤结构。通过在微结构光纤的纤芯中引入不同尺寸的高折射率介质柱，形成平顶光束所需的折射率分布。利用光束传播法分析了光纤的结构参数对基模模场分布的影响，并用平面波展开法研究了光纤的容差。研究表明，这种结构的光纤能有效获得1655μm2的大模场面积及平顶型模场分布，且具有较大的制作容差，更容易实现。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 光子晶体光纤及其研究现状

1．1．1 光子晶体光纤的分类及导光机理

1．1．2 光子晶体光纤的主要特性

1．1．3 光子晶体光纤的制造

1．1．4 光子晶体光纤的应用

1．2 大模场光纤的发展现状

1．3 课题研究背景及意义

1．4 论文内容介绍

第二章 光纤基本特性及其模拟方法

2．1 光纤的基本结构及分类

2．2 光纤的主要特性

2．2．1 光纤的模式特性

2．2．2 光纤的损耗特性

2．2．3 光纤的色散特性

2．2．4 光纤的非线性特性

2．3 光纤的数值模拟方法

2．4 本章小结

第三章 大模场光子晶体光纤传输系统及其传输特性分析

3．1 大模场光子晶体光纤发展现状

3．2 组合式光纤系统的数值仿真

3．3 组合式光纤系统的优化设计

3．4 本章小结

第四章 微结构芯平顶大模场光纤设计

4．1 平顶光纤发展现状

4．2 微结构芯大模场平顶光纤的数值仿真

4．3 本章小结

第五章 总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文