光子晶體光纖及光偏振分束器的特性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、光子晶體光纖(PCF)具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性和諸多優(yōu)良的光學(xué)特性，因此，光子晶體光纖無論在設(shè)計(jì)自由度還是在傳輸特性上都具有傳統(tǒng)光纖無法比擬的優(yōu)越性。另外，伴隨著光子晶體光纖理論研究的進(jìn)一步完善和制備工藝水平的逐步提高，越來越多的結(jié)構(gòu)不同而功能各異的光子晶體光纖被廣泛應(yīng)用于濾波器和傳感器等光纖器件的制備應(yīng)用中，其對現(xiàn)代光學(xué)的應(yīng)用研究價(jià)值也愈加重要。
　　本文以光子晶體光纖為研究對象，優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種高雙折射高非線性光子晶體光纖和兩種新型

2、雙芯光子晶體光纖偏振分束器，利用全矢量有限元法和模式耦合理論對其相關(guān)特性進(jìn)行了仿真分析與研究。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　1.對光子晶體光纖進(jìn)行簡單介紹，包括其分類、基本特性及其制備方法，在總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上提出了本文的主要工作安排和創(chuàng)新點(diǎn)。
　　2.列舉說明光子晶體光纖的幾種常用研究方法，并重點(diǎn)介紹有限元法的基本原理和以該方法為基礎(chǔ)的COMSOL Multiphysics軟件的仿真分析過程；另外，本章還介紹了光波

3、導(dǎo)模式耦合理論及其對應(yīng)耦合方程的簡單求解過程。
　　3.設(shè)計(jì)了一種以石英為基底且具有微結(jié)構(gòu)橢圓纖芯的高非線性高雙折射光子晶體光纖，并采用有限元法對其相關(guān)特性進(jìn)行仿真研究。通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，該光纖在波長1.55μm處可獲得有效模場面積最小值為2.18162μm，非線性系數(shù)高達(dá)59.46μkm-1·W-1，雙折射值為1.679×10-2。該結(jié)構(gòu)可同時(shí)具備優(yōu)良的雙折射和非線性特性，另外調(diào)整內(nèi)包層豎直方向空氣孔直徑可靈活改變光纖的非線性和

4、雙折射特性，在實(shí)際的應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際的需求來選擇參數(shù)的設(shè)置使其達(dá)到研究所需的性能指標(biāo)。
　　4.提出了一種以石英為基底的光子晶體光纖偏振分束器的新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并采用有限元法和模式耦合理論對其相關(guān)特性進(jìn)行仿真研究，結(jié)果表明，提高結(jié)構(gòu)中心橢圓孔的摻雜折射率、降低中心橢圓孔的橢圓率及提高6個(gè)大小相同且對稱分布的大橢圓形空氣孔的橢圓率均可減小光子晶體光纖的耦合長度，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化最終得到偏振分束器長度為500μm，在波長為1.55μm處

5、消光比高達(dá)-50.87 dB，且可獲得26nm消光比小于-20dB的寬帶范圍。
　　5.提出了一種分別以碲酸鹽和SF57為基底的光子晶體光纖偏振分束器的新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并應(yīng)用有限元法和模式耦合理論對其性能差異進(jìn)行研究。分析表明，增大結(jié)構(gòu)中心的橢圓率可同時(shí)提高兩種雙芯光子晶體光纖的相對耦合長度，而雙折射基本不變。根據(jù)兩種分束器的性能對比可知，碲酸鹽偏振分束器具有相對較高的消光比和較寬的帶寬，即在工作波長為1.55μm，光纖長度為161