七芯光子晶体光纤的特性分析

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1、七芯光子晶体光纤的特性研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：杨静指导教师：刘敏教授专业：通信与信息系统学科门类：工学重庆大学通信工程学院二O一五年四月StudyonCharacteristicsofSeven-corePhotonicCrystalFiberAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByYangJingSupervisor:Prof.LiuMinSpecialty:Communicationa

2、ndInformationSystemCollegeofCommunicationEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要光子晶体光纤是光子晶体和传统光纤完美结合的产物，它是通过在由二氧化硅和周期性排列的空气孔构成的二维光子晶体结构中引入线缺陷形成的。随着光子晶体光纤技术的快速发展，光子晶体光纤凭借其独特的包层结构和奇异的光学特性逐步成为光通信领域的研究热点之一。光子晶体光纤根据纤芯的数目可以分为两类：单芯光子晶体光纤和多芯光子晶体光纤。与单芯光子晶体光纤相比，多芯光子晶体光纤具

3、有更大的模场面积、更高的传输容量和的独特的耦合特性，因此多芯光子晶体光纤在高功率光纤激光器、光纤耦合器和光通信系统具有广阔的应用前景。本文以七芯光子晶体光纤作为研究对象，进行了以下几方面的研究：本文研究分析七芯光子晶体光纤的超模分布，并根据其超模分布的特征推导出七芯光子晶体光纤任意两超模的模间色散求解公式。通过在纤芯掺杂低折射率物质的方法改变其超模之间的耦合特性，从而实现七芯光子晶体光纤在1.31μm和1.55μm传输波长处任意两超模之间的零模间色散，并运用全矢量有限元法分析纤芯折射率、纤芯之间的空气孔的位置和包层空气孔大小的变化对零模间色散波长的影响。本文通过在七芯光子晶体光纤的纤

4、芯不同环形区域掺杂高折射率物质，设计一种大模场面积七芯光子晶体光纤。这种光子晶体光纤具有较小的功率峰值和较2大的模场面积，其模场面积最大值为3732μm，与其它结构进行比较后发现：本文所设计的七芯PCF模场面积大于其它结构PCF的模场面积；当本文所设计的这种-9七芯PCF模场面积达到最大值时，其限制损耗为5.6610dB/m，其它结构PCF获得最大模场面积时其限制损耗为0.06dB/m，由此可知本文设计的大模场面积七芯PCF能同时实现大模场面积和低限制损耗。可以预计，当这种大模场面积的七芯光子晶体光纤作为高功率光纤激光器的基质光纤时，能有效提高激光器的热损伤阈值，降低激光器的非线性

5、效应，实现高功率光纤激光器高功率、高光束质量的激光输出。关键词：全矢量有限元法，七芯光子晶体光纤，模场面积，限制损耗，色散I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTPhotoniccrystalfiber(PCF)isaperfectcombinationofphotoniccrystalandtraditionalfiber,whichisformedbyintroducinglinedefectintwo-dimensionalphotoniccrystal.Thecladdinglayerofphotoniccrystalfiberconsistsofsilicaandai

6、rholeswhicharearrangedperiodically.Withtherapiddevelopmentofphotoniccrystalfibertechnology,PCFgraduallybecomesoneoftheresearchhotspotsinthefieldofopticalcommunicationbecauseofitsuniquecladdinglayerstructureandpeculiaropticalproperties.Accordingtothenumberofcores,PCFcanbedividedintotwocategories

7、:single-corephotoniccrystalfiberandmulti-corephotoniccrystalfiber.Themodeareaofmulti-corephotoniccrystalfiberandthetransmissioncapacityofmulti-corephotoniccrystalisbiggerwhencomparedwiththatofsingle-corephotoniccrystalfiber.Atsame