新型光子晶体光纤设计与传输特性研究

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1、岁厨支鱼戈訾博士学位论文DoCToRALDISSERTATION论文题目逝型堂王晶佳些堑丝望‘里焦塑挂壁婴丝学科专业作者姓名汗井源指导教师塑卫生塑堡答辩日期二查整盔‘E丛旦新型光子晶体光纤设计与传输特性研究摘要在光子晶体光纤制作过程中被发现并引起关注的空隙孔对光子带隙的影响也在文中做了相应的计算分析。文中具体分析了六边形晶格结构的低折射率纤芯光子晶体光纤，研究其模场分布，对其PBG导模有效折射率和色散曲线进行了定量的计算和仿真。由于光子晶体带隙效应的发现，人们还设想是否可以利用光子禁带将光局限在空气中传播，这就是空气导光(air-guiding)光子晶体光纤，文中分

2、析了包层为三角晶格结构的空芯光纤(hollowfib哪。文中还提出一种改进的六边形晶格结构，并以此构建新型的高双折射光子带隙光纤，其双折射大小达到了10"’量级。本文还研究了用于色散补偿的光子晶体光纤设计，提出了一种三包层色散补偿光子晶体光纤，研究了光纤的模场特性，分析了各个结构参数对色散性能的影响，设计了性能平衡的色散补偿光子晶体光纤。此外，根据宽带光纤参量放大器技术的需要，还设计了高非线性、色散平坦的高折射率纤芯光子晶体光纤，并结合双泵普光纤参量放大器(FoPA)的理论分析，通过数值仿真的方法，验证了光子晶体光纤在光纤参量放大器领域的应用价值，并得到较宽波长范围

3、内的平坦增益谱。文中还讨论了运用遗传算法(GA)来优化设计光子晶体光纤，这种从目标到设计的方法将优化算法和光纤设计有效结合，直接生成满足应用需要的光纤结构参数，减少了设计人员繁杂冗余的重复劳动。文中并以超平坦色散特性为目标，验证了此种优化设计方法的有效性。关键词：光子晶体，光子晶体光纤，光子带隙，光子带隙光纤，色散，双折射，非线性，光纤参量放大器，遗传算法新型光子晶体光纤设计与传输特性研究DesignandPropagationPropertiesofNovelPhotonicCrystalFibersThephotoniccrystalexhibitsphoton

4、icbandgap(PSG)effect．Itprovidesusanimportantwaytocontrolthephotonandelectromagneticwaveandisattractingsomuchattentioncurrently．PhotonicCrystalFiber(PCF)isoneofthesignificantexamplesofthephotoniccrystal．TheearlierworkofRussellandco-workershavefoundedanddevelopedthefieldofphotoniccrystal

5、fibers．PCFsarcmadefromsinglematerialsuchassilicaglasswith锄arrayofmicroscopicairchannelsrunningalongitslength．PCFsexhibituniqueproperties,suchasdispersionandpolarizationproperties，whichcan’tberealizedinconventionalopticalfibers．Accordingtothedifferentoperatingprinciples，PCFisdividedinto

6、tWOcategories：index-guidingPCFandPBG—guidingPCF．Firstly,thispaperdiscussesthefoundationaltheoriesofphotoniccrystalandPCFsonthebasisoftheclassicalMaxwelrsequations．ThecalculationmethodsofEffective·IndexMethod(EIM)，Plane-WaveExpansionMethod(PWEM)andFinite-ElementMethod(FEM)，whichareappli

7、edtoanalyzethePCFsarcstudiedindetail．．Theindex-guidingPCFwithtriangularcladdingisinvestigatedandthepropagationpropertiesofdispersion，effectivemodearea,nonlinearcoefficent,leakagelossandbirefringencearepresentedinthepaper．ItisshownthatthesepropertiesdependstronglyOilthegeometrystructu