近椭圆内包层偏振保持光子晶体光纤特性研究

摘要

光子晶体光纤凭借着常规光纤无法实现的独有特性成为近年来光纤技术领域研究的热点。通过改变空气孔的大小或空气孔间距等参数，可以使其具备很高的模式双折射甚至实现单模单偏振传输等传统单模光纤所不能够具有的特性。高双折射光子晶体光纤在要求偏振特性的光调制器、以光纤陀螺为代表的光纤传感等领域具有广阔的应用前景，目前已经报道了多种结构的高双折射光子晶体光纤，它们的模式双折射都在10<'-3>数量级，比传统的保偏光纤高一到两个数量级。然而光子晶体光纤的微结构在其制作过程中会不可避免地产生随机变化，主要表现在光纤横截面上的微孔尺寸及其沿光纤轴向分布与设计的理想结构之间的偏离，导致光纤周期性结构的随机扰动。这种现象会严重影响高双折射光子晶体光纤的偏振保持性能。本论文针对偏振保持光子晶体光纤的双折射、色散以及偏振稳定性进行了深入的研究。 论文的主要工作可以总结为两个部分： 1．采用全矢量有限元方法研究了四种已有报道的偏振保持光子晶体光纤，给出了双折射随波长变化的曲线以及有效折射率随波长变化的色散曲线，验证了他们的高双折射性能。需要特别指出的是，本论文进一步对以上四种光纤引入结构微扰，分析了在各种微扰条件下光纤模式双折射劣化的情况。这种对光子晶体光纤偏振稳定性的分析对高容错的微观结构设计及偏振保持光子晶体光纤的制作具有重要的指导意义。 2．提出了一种新型的高偏振稳定的光纤陀螺用偏振保持光子晶体光纤。通过渐变纤芯附近空气孔的直径，获得近似椭圆形的内包层折射率分布。这种折射率分布由内包层多个空气孔共同组成，可以在保证一定的双折射基础上，大幅提高偏振稳定性。理论分析表明，小模场直径的高双折射光子晶体光纤具有很高的偏振稳定性，可以用于制作高精度的光纤陀螺。

目录

文摘

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致谢

1绪论

1.1引言

1.2光子晶体及光子晶体光纤

1.2.1光子能带理论

1.2.2光子晶体

1.2.3光子晶体光纤

1.2.4光子晶体光纤的制作

1.3偏振保持光子晶体光纤

1.3.1偏振保持光子晶体光纤的优势

1.3.2偏振保持光子晶体光纤的研究进展

1.3.3偏振保持光子晶体光纤研究中存在的问题及本课题的意义

1.4本论文的主要工作及各部分主要内容

2光子晶体光纤的数值分析方法

2.1各种数值计算方法简介

2.1.1有效折射率模型

2.1.2平面波展开法

2.1.3时域有限差分法

2.1.4光束传播法

2.1.5正交函数展开法

2.2有限元分析方法

2.2.1有限元法

2.2.2数值分析步骤

2.2.3有限元法用于光纤模式分析

2.2.4利用光纤有限元模型分析光子晶体光纤的数值验证

3偏振保持光子晶体光纤特性分析

3.1类矩形芯光子晶体光纤

3.1.1模场分布

3.1.2双折射特性与色散特性分析

3.1.3偏振稳定性分析

3.2类熊猫型光子晶体光纤

3.2.1模场分布

3.2.2双折射特性与色散特性分析

3.2.3偏振稳定性分析

3.3一种单模单偏振光子晶体光纤

3.3.1模场分布

3.3.2双折射特性与色散特性分析

3.3.3偏振稳定性分析

3.4类熊猫型光子晶体光纤的一种演变

3.4.1模场分布

3.4.2双折射特性与色散特性分析

3.4.3偏振稳定性分析

4光纤陀螺用偏振保持光子晶体光纤

4.1光纤陀螺对光纤的要求及保偏光子晶体光纤的优势

4.2近椭圆内包层光子晶体光纤的提出及特性分析

4.2.1小椭圆率近椭圆内包层光子晶体光纤

4.2.2大椭圆率近椭圆内包层光子晶体光纤

4.2.3小模场直径近椭圆内包层光子晶体光纤

4.3近椭圆内包层与其它结构保偏光子晶体光纤性能比较

5结论

参考文献

作者简历