锥形微纳光纤的模场特性及其应用

摘要

普通光纤通过锥形过渡区域拉制成芯层直径达到微纳米量级的微纳光纤，整个结构紧凑且尺寸很小。通过对过渡区域的参数优化设计可以实现模式的转换;锥形微纳光纤还能作为探针应用于近场光学扫描领域;而弯曲损耗小且非线性系数高的特点使其广泛应用于非线性光学领域，如脉冲压缩和超连续谱产生方面。
　　在本文中，对锥形微纳光纤的特性研究主要是理论和仿真分析两方面，并对非线性特性及其在超连续谱方面的应用进行了探讨。
　　首先研究分析了微纳米量级的光纤所具有的一些基本特性以及光纤拉锥的相关理论。在其直径为微纳米量级时，由于芯层与包层的折射率差很大使微纳光纤具有场约束能力强、传输倏逝波比例大、非线性系数高、波导色散大等特性。研究并得出了此结构的过渡区域的仿真模型;应用局部模式的理论，分析了过渡区域的模式变化过程以及保证过渡区域满足绝热条件的意义。
　　然后在Meep仿真环境中应用FDTD方法对锥形微纳光纤进行了仿真分析。分析了结构的过渡区域内的模式变化过程以及其传输特性。通过观察仿真结果可知，在过渡区域中可能存在两个散射相对比较明显的区域。分析不同束腰直径的锥形微纳光纤的结构，对束腰区域的模式以及整个结构的损耗特性等进行了数据分析。最后分析介绍了短脉冲信号在微纳光纤中的传输特性和超连续谱，同时对锥形微纳光纤在非线性光学领域如脉冲压缩、超连续谱等方面的应用进行了探讨。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 微纳光纤概述

1．2．1 研究结构的制备

1．2．2 研究结构的特点和应用

1．3 本课题研究的意义和主要内容

2 锥形微纳光纤基本特性

2．1 微纳光纤的基本特性

2．1．1 单模光纤介绍

2．1．2 微纳光纤的理论模型

2．1．3 微纳光纤的单模条件

2．1．4 微纳光纤的基模场分布

2．1．5 微纳光纤的功率分布和传输有效率

2．1．6 微纳光纤波导色散和非线性

2．2 锥形过渡区域理论和绝热条件

2．2．1 锥形过渡区域的理论模型

2．2．2 锥形过渡区域的模式

2．2．3 锥形过渡区域的绝热条件

2．3 小结分析

3 基于FDTD的Meep仿真

3．1 FDTD方法

3．1．1 FDTD基本方程

3．2 FDTD方法的几个关键问题

3．2．1 空间步长的选取

3．2．2 数值稳定性

3．2．3 激励源

3．2．4 边界条件

3．3 Meep仿真环境简介

3．4 仿真模型及参数设置

3．4．1 仿真模型

3．4．2 参数设置

3．5 小结分析

4 Meep仿真结果分析与应用

4．1 过渡区域及其损耗分析

4．1．1 两个典型情况分析

4．1．2 锥形过渡区域的损耗分析

4．2 锥形微纳光纤仿真分析

4．2．1 分析一：Ez在不同束腰直径的同一位置分布

4．2．2 分析二：Ez在相同束腰直径的不同位置分布

4．2．3 分析三：结构的传输特性分析

4．3 短脉冲在锥形微纳光纤中的传输与超连续谱分析

4．3．1 短脉冲在微纳光纤中的传输

4．3．2 超连续谱分析

4．4 小结分析

5 总结与展望

参考文献

图索引

作者简历

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