几种色散补偿光子晶体光纤的色散特性研究

摘要

光子晶体是八十年代末提出的一种利用光子带隙效应来导光的新材料，它是由不同介电常数的材料在空间上按照一定的周期性排列而形成的人工微结构材料。而光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber，PCF)是把光子晶体的概念引入到光纤中制成的新型光纤，是一种带有缺陷的二维光子晶体，通常由单一介质构成。
　　由于光子晶体光纤具有许多优良的光学特性，很快成为光纤通信领域中的一个研究热点。近年来，由于波分复用光纤通信系统中色散补偿技术的需要，人们加快了对色散补偿光子晶体光纤的研究。
　　本文以色散补偿光子晶体光纤为研究对象，设计了三种双芯色散补偿光子晶体光纤。采用全矢量频域有限差分方法(FDFD)，分析了这三种光纤的负色散特性，并详细讨论了它们的结构参量对负色散特性的影响规律。结果表明，在适当的结构参量下，这三种结构的光纤在通信窗口1.55μm附近均具有宽带负色散的特性。这些光纤有望应用于波分复用光纤通信系统中的宽带色散补偿。
　　本文的主要内容包括:
　　1.综述了光子晶体光纤的研究状况，着重介绍了色散补偿光纤的发展历史。
　　2.介绍了我们设计的第一种复合六边形格点的双芯光子晶体光纤。其包层由两种大小不同的按六边形格点排列的空气孔组成，内芯为低掺锗区，外芯为移去第四层空气孔形成的纯硅环。详细分析了该结构的负色散特性，通过优化其结构参量，在1.55μm波长处，获得了半峰全宽超过200nm的宽带负色散。
　　3.介绍了我们设计的第二种复合正方形格点的双芯光子晶体光纤。与第一种结构相类似，不同的是空气孔按正方形格点排列。同样分析了该光纤的负色散特性，通过调整结构参量，在1.55μm波长处，获得了半峰全宽也超过200nm的宽带负色散。
　　4.介绍了我们设计的最后一种改进的正方形格点的双芯光子晶体光纤。该结构与前两种不同的是仅利用空气孔的大小而没有通过内芯掺杂来实现双芯。经过分析研究，半峰全宽超过了300nm，得到了比前两种更宽的负色散带宽。
　　5.总结了这三种结构光纤的研究成果，并对今后的研究工作做了展望。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 光子晶体

1．2 光子晶体光纤

1．3 光子晶体光纤的色散特性

1．4 光子晶体光纤的计算方法

1．5 论文的主要内容

第二章 双芯复合六边形格点光子晶体光纤的负色散特性

2．1 结构模型和计算方法

2．2 双芯复合格点光子晶体光纤的负色散特性

2．3 结论

第三章 双芯复合正方形格点光子晶体光纤的负色散特性

3．1 光纤结构和计算方法

3．2 光纤的负色散特性

3．3 结论

第四章 改进的正方形格点光子晶体光纤的负色散特性

4．1 光纤结构和计算方法

4．2 结果与分析

4．3 结论

第五章 总结与展望

参考文献

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