光子晶体光纤特性的理论研究

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1、天津大学硕士学位论文光子晶体光纤特性的理论研究姓名：田振申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：姚建铨20090501摘要光子晶体光纤是近年发展起来的一种新型光纤，其特点是包层排列有规则分布的直径为波长量级的空气孔。包层中的微结构使得光子晶体光纤能够呈现出许多传统光纤不具备的独特光学特性，其中之一就是超平坦色散特性，是超宽带光通信必不可少的技术。随着光子晶体光纤的发展，全固光子带隙光纤和空芯光子带隙光纤相比具有容易制备、易于与传统光纤融合和远离表面导引模等特点，引起了人们的关注，是光子带隙光纤发展的一个新方向。因此对光子晶体光纤超平坦色散特性和全固光子带隙光纤的研究具有重要的

2、学术意义和应用价值。本论文主要对全内反射光子晶体光纤的超平坦色散特性和四方排列全固光子带隙光纤的特性进行理论研究，主要内容如下：(1)简单介绍光子晶体、光子晶体光纤的基本概念和分类，以及光子晶体光纤超平坦色散特性及其研究现状。(2)对用于数值模拟光子晶体光纤性质的全矢量平面波展开法及全矢量有限元法进行了详细介绍。(3)利用全矢量有限元法对设计的两种不同包层结构的新型光子晶体光纤进行了数值模拟。数值结果表明通过优化光纤的结构参数，这两种结构在实现超平坦色散的同时还可以保持极低的限制损耗，对超宽带光通信具有一定的意义。(4)基于平面波展开法，对四方格子全固光子带隙光纤带隙随结构和折射

3、率的变化特性进行了数值模拟，并与相同结构参数三角格子全固光子带隙光纤进行了比较。利用有限元法对三角排列和四方排列的全固光子带隙光纤的模式，限制损耗和模场面积进行了比较，为设计一定传输特性的全固光子带隙光纤提供理论依据。关键词：光子晶体光纤平面波展开法有限元法超平坦色散全固光子带隙光纤ABSTRACTAsanoveltypeofopticalfibers，photoniccrystalfibers(PCFs)haveemergedinthepastfeweryears．Thesefibersarecharacterizedbywavelength-scalemicrostructu

4、resofcladdingregion，whichresultsinmanyuniqueopticalcharacteristicsunattainablewithconventionalopticalfibers，suchasultra-flatteneddispersionfeature，whichisverynecessaryforultra—broadbandtelecommunications．WiththedevelopmentofPCFs，allsolidphotonicbandgapfibersgetmoreattentionofresearchers，becau

5、seitisrelativelyeasytofabricate，tosplice，andbeawayfromsurfacesguidedmodescomparedwithhollowcorephotonicbandgapfibers，andthesefibersareanewdirectionofphotonicbandgapfibers．Sotheresearchesinthisdissertationhavegreatscientificandapplicationsignificance．111etheoreticalstudyintheultra—flatteneddis

6、persionfeatureofPCFsandcharacteristicofsquare-latticeallsolidphotonicbandgapfibersarediscussedinthispaper．111esummaryofthedissertationisasfollows：(1)ThebasicconceptionsofphotoniccrystalandPCFsareintroduced，andultra·flaaeneddispersionpropertiesofPCFsandpresentdevelopmentarediscussed．(2)Fornume

7、ricalsimulationofphotoniccrystalfiberproperties，thefull—vectorplanewaveexpansionmethodandthefull—vectorfiniteelementmethodaredescribedindetail．(3)Basedonfull-vectorfiniteelementmethod，twonewtypesofPCFswithdifferentair-holediametersincladdingr