微結(jié)構(gòu)光纖的色散與非線性特性研究.pdf

1、本論文工作是圍繞以下項目展開的：以任曉敏教授為首席科學(xué)家的國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)項目“新一代通信光電子集成器件及光纖的重要結(jié)構(gòu)工藝創(chuàng)新與基礎(chǔ)研究”(項目編號：2003CB314900)；教育部科學(xué)技術(shù)重大研究項目“基于微結(jié)構(gòu)光纖的新一代光通信器件及系統(tǒng)”(項目編號：104046)以及北京市教委共建項目(項目編號：XK100130437)。 微結(jié)構(gòu)光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活，具有無截止單模傳輸、新奇及靈活可控的色散特性、可控

2、的模場面積、強雙折射效應(yīng)等傳統(tǒng)光纖不可比擬的特性。這些特性使微結(jié)構(gòu)光纖在光通信和光纖傳感等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在光通信方面，微結(jié)構(gòu)光纖可用來擴(kuò)展光通信的波段，可用于色散補償、脈沖壓縮、短波孤子傳輸、超寬連續(xù)譜發(fā)生等等。本論文著重研究微結(jié)構(gòu)光纖的色散與非線性特性的理論和實驗，主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點如下： 1．研究了商用Rsoft軟件的BeamPROP模塊仿真方法。用Matlab輔助設(shè)計微結(jié)構(gòu)光纖端面，采用波束傳播法(BPM)仿真

3、出光束在微結(jié)構(gòu)光纖中傳播的色散與模式特性，處理仿真結(jié)果得到色散、非線性特性曲線。 2．利用上述介紹的仿真方法，設(shè)計了一種1.55μm波段寬帶色散補償微結(jié)構(gòu)光纖。該光纖具有三層不同的空氣孔直徑，調(diào)節(jié)各結(jié)構(gòu)參量得到最佳色散補償光纖，在100nm范圍內(nèi)補償普通單模光纖(G652)，補償倍數(shù)超過100倍；并研究了非線性與微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)參量之間的依賴關(guān)系；最后研究了光纖在制作過程中可能產(chǎn)生的低于3％的隨機誤差引起的色散非線性系數(shù)偏離情況

4、。 3．根據(jù)微結(jié)構(gòu)光纖中脈沖傳輸?shù)姆蔷€性薛定諤方程，使用分步傅立葉算法研究皮秒光脈沖在微結(jié)構(gòu)光纖中的傳輸特性，分析能夠產(chǎn)生超連續(xù)譜的微結(jié)構(gòu)光纖應(yīng)滿足的色散非線性條件。 4．在分步傅立葉算法仿真的基礎(chǔ)上，利用皮秒光脈沖在光纖中的自相位調(diào)制(SPM)效應(yīng)，準(zhǔn)確測量了1550nm波長附近色散平坦微結(jié)構(gòu)光纖非線性系數(shù)。通過測量輸入脈沖的峰值功率和輸出光譜，可以計算出微結(jié)構(gòu)光纖的非線性系數(shù)。該測量方法簡單準(zhǔn)確，實驗測量值與光纖的標(biāo)