单偏振单模光子晶体光纤的特性研究

摘要

保偏光子晶体光纤由于具有传统光纤无法实现的独有特性，例如高非线性、平坦色散、高双折射等，已经引起通信研究者们极大的兴趣，近年来有关各种结构保偏光子晶体光纤的报道非常频繁。可是，这些保偏光子晶体光纤偏振模之间的串扰并没有彻底根除，偏振模色散影响仍然存在。于是，一种仅传导基模的一个偏振态模式的新型单偏振单模光子晶体光纤引起极大的关注，在光纤通信系统和光纤传感系统中有着广泛的应用前景。
　　本文提出了一种单偏振单模工作的压缩六边形空气孔阵列的光子晶体光纤结构。不同结构参数R,Λx,Λy, d/Λx, D/Λx, Nr下该单偏振单模光子晶体光纤的传输特性使用了有限元法和MATLAB模拟，计算中采用圆形完美匹配层为吸收边界条件。数值模拟结果表明在波长为1.55μm时快轴模式的限制损耗高达17.28dB/m，慢轴模式忽略材料损耗和散射损耗之后限制损耗仅仅只有9.60×10-6dB/m，快轴模式会在极短的光纤长度内衰减截止而实现单偏振单模运转。恰当的包层压缩率选择是本文关键所在，对不同压缩率下的包层双折射进行了详细研究。通过对结构参数的进一步优化，最终得到具有较高结构容错性且限制损耗低于0.10dB/km的低损耗、高可靠性单偏振单模光子晶体光纤。
　　最后，本文通过在单模光子晶体光纤引入八个大空气孔设计了一种压缩六边形空气孔阵列单偏振单模双芯光子晶体光纤耦合器。对于基模的两个相互垂直的偏振态偶模式与奇模式间的模式干涉现象以及单偏振单模耦合长度进行了研究。

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景和意义

1.2光子晶体光纤的概念导光机理及分类

1.3保偏光纤概念及其演进过程

1.4单偏振单模光子晶体光纤研究进展

1.5单偏振单模光子晶体光纤典型结构

1.6论文的研究重点和内容安排

第二章 研究光子晶体光纤的理论方法

2.1平面波展开法

2.2全矢量有限元法

第三章 单偏振单模光子晶体光纤的理论方法

3.1双芯横向谐振耦合方程和条件

3.2耦合中奇模式与偶模式

3.3避免相交效应

3.4基空间填充模理论

3.5耦合法设计单偏振单模光子晶体光纤

3.6本章小结

第四章 单偏振单模光子晶体光纤特性研究

4.1单偏振单模光子晶体光纤的色散特性

4.2包层压缩率的选取

4.3包层压缩率对基空间填充模式双折射的影响

4.4包层层数对单偏振单模工作范围的影响

4.5空气孔间距对单偏振单模运转区域的影响

4.6纤芯大空气孔变化的影响

4.7 本章小结

第五章 单偏振单模光子晶体光纤耦合器的设计

5.1单偏振单模双芯耦合器

5.2 耦合长度对结构参数的依赖关系

5.3 单偏振单模耦合器的应用

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢