光子晶体光纤基本特性及其应用研究（精）

光子晶体光纤基本特性及其应用研究[S]

英文题名 The Basic Characteristic and the Applications Study of Photonic Crystal Fibers 专业 凝聚态物理 关键词 光子晶体光纤; 多极法; 色散; 有效模场面积; 非线性特性; 双折射; 英文关键词 Photonic crystal fibers; Multipole method; Chromatic dispersion; Effective model field area; Nonlinearity; Double refraction; 中文摘要 光子晶体光纤是一种新型的光纤,由于它具有普通光纤所无法比拟的结构设计和光学 特性,在近几年成为光纤研究领域的热点。本文介绍了光子晶体光纤的研究背景及发展现状,分 析了它的结构特性,并列举了一些不同结构的光子晶体光纤,简单介绍了它的两种导光原理和制 备方法,以及在各个方面的应用。设计了两种结构的光子晶体光纤,并对它们的基本特性进行了 数值研究。论文所做的主要工作如下: 首先,对几种数值模拟光子晶体光纤特性的理论方法进 行了介绍和对比,系统介绍了多极法的原理、方程以及适用条件,突出了多极法的特点和优势并 选择多极法作为本文的主要研究方法。 其次,采用多极法对实芯六角形光子晶体光纤的色散、 有效模场面积与结构参数的关系进行了研究。得到如下结论:通过调节空气孔直径和包层空气 孔间距的大小,改变空气孔填充介质的折射率,可以有效地控制光子晶体光纤的色散特性和有效 模场面积。 再次,设计了一种具有双折射的光子晶体光纤。数值研究发现:通过调节空气孔直 径、包层空气孔间距的大小以及x和y方向的结构的不对称性,可以有效地调节光子晶体光纤的 双折射特性,使双折射效应显著增强,甚至可以达到比普通光纤高出一个数量级的结果。这些结 论为... 英文摘要 Photonic Crystal Fiber(PCF)is a new type of optical fiber. Because of its special structure design and optical properties, PCF has been a focus in optical fiber area in recent years. This paper introduces the research background and current development of PCF, analyzes its two kinds of transmission principle and manufacture ,as well as its application in various aspects.In this paper, it has designed two kinds of structures of PCF,and calculated some basic characteristic of PCF as well.The original jobs in ... 摘要 4-5 Abstract 5-6 第1章 绪论 11-25 1.1 引言 11 1.2 光子晶体简介 11-13 1.3 光子晶体光纤的导光原理 13-16 1.3.1 带隙型光子晶体光纤 13-15 1.3.2 折射率引导型光子晶体光纤 15-16 1.4 光子晶体光纤基本特性 16-20 1.4.1 无截止单模性质 16-18 1.4.2 色散特性 18 1.4.3 非线性特性 18-19 1.4.4 双折射特性 19-20 1.5 光子晶体光纤的发展现状及应用前景分析 20-23 1.5.1 光子晶体光纤研究现状 20-22 1.5.2 光子晶体光纤的应用前景分析 22-23 1.6 本课题的研究目标及实现方法 23-25 第2章 光子晶体光纤的研究方法 25-37 2.1 引言 25 2.2 几种光子晶体光纤的研究方法简介 25-28 2.2.1 有效折射率方法 25-26 2.2.2 平面波法 26 2.2.3 Galerkin 方法 26 2.2.4 有限差分法 26-27 2.2.5 超元胞晶格方法 27-28 2.2.6 光束传播法 28 2.3 多极法

的理论和方程 28-35 2.3.1 多极法的概况 28-29 2.3.2 多极法公式 29-31 2.3.3 边界条件和场的耦合 31-33 2.3.4 Rayleigh 恒等式的引出及数字处理 33-35 2.4 多极法对称性的考虑 35-36 2.5 本章小结 36-37 第3章 光子晶体光纤色散和非线性特性分析 37-50 3.1 引言 37-38 3.2 光子晶体光纤的色散特性 38-41 3.2.1 光纤色散的分类 38-39 3.2.2 光子晶体光纤色散定义 39-40 3.2.3 光子晶体光纤色散特性的调节 40-41 3.3 光子晶体光纤的有效模场面积 41 3.4 光子晶体光纤的非线性效应 41-45 3.4.1 光纤中的非线性光学效应 41-44 3.4.2 非线性效应对光通信系统的影响

44 3.4.3 改变光纤非线性的方法 44-45 3.5 光子晶体光纤特性随d/ Λ的变化关系 45-48 3.5.1 光子晶体光纤的色散特性随d/ Λ的变化关系 46 3.5.2 光子晶体光纤的有效模场面积随d/ Λ的变化关系 46-48 3.5.3 光子晶体光纤的非线性系数随d/ Λ的变化关系 48 3.6 本章小结 48-50 第4章 高双折射光子晶体光纤特性研究 50-58 4.1 引言 50 4.2 基本原理 50-51 4.3 高双折射光子晶体光纤的设计与计算 51-57 4.3.1 模式双折射 52-55 4.3.2 色散损耗分析 55-57 4.4 本章小结 57-58 第5章 光子晶体光纤的应用 58-63 5.1 引言 58 5.2 光子晶体光纤激光器 58-61 5.2.1 纯硅光子晶体光纤激光器 58-59 5.2.2 微结构光纤实现大模式面积光纤激光器 59-60 5.2.3 包层泵浦Yb 掺杂光子晶体光纤激光器 60-61 5.3 光子晶体光纤在其他方面的应用 61-62 5.3.1 光子晶体光纤光栅 61 5.3.2 光纤传感

61 5.3.3 能量传输 61-62 5.3.4 超连续谱的产生 62 5.4 展望 62-63 结论 63-64 参考文献 64-69 致谢 69-70 2.2.3 Galerkin 方法 26 2.2.4 有限差分法 26-27 2.2.5 超元胞晶格方法 27-28 2.2.6 光束传播法 28 2.3 多极法的理论和方程 28-35 2.3.1 多极法的概况 28-29 2.3.2 多极法公式 29-31 2.3.3 边界条件和场的耦合 31-33 2.3.4 Rayleigh 恒等式的引出及数字处理 33-35 2.4 多极法对称性的考虑 35-36 2.5 本章小结 36-37 第3章 光子晶体光纤色散和非线性特性分析 37-50 3.1 引言 37-38 3.2 光子晶体光纤的色散特性 38-41 3.2.1 光纤色散的分类 38-39 3.2.2 光子晶体光纤色散定义 39-40 3.2.3 光子晶体光纤色散特性的调节 40-41 3.3 光子晶体光纤的有效模场面积 41 3.4 光子晶体光纤的非线性效应 41-45 3.4.1 光纤中的非线性光学效应 41-44 3.4.2 非线性效应对光通信系统的影响

44 3.4.3 改变光纤非线性的方法 44-45 3.5 光子晶体光纤特性随d/ Λ的变化关系 45-48 3.5.1 光子晶体光纤

的色散特性随d/ Λ的变化关系 46 3.5.2 光子晶体光纤的有效模场面积随d/ Λ的变化关系 46-48 3.5.3 光子晶体光纤的非线性系数随d/ Λ的变化关系 48 3.6 本章小结 48-50 第4章 高双折射光子晶体光纤特性研究 50-58 4.1 引言 50 4.2 基本原理 50-51 4.3 高双折射光子晶体光纤的设计与计算 51-57 4.3.1 模式双折射 52-55 4.3.2 色散损耗分析 55-57 4.4 本章小结 57-58 第5章 光子晶体光纤的应用 58-63 5.1 引言 58 5.2 光子晶体光纤激光器 58-61 5.2.1 纯硅光子晶体光纤激光器 58-59 5.2.2 微结构光纤实现大模式面积光纤激光器 59-60 5.2.3 包层泵浦Yb 掺杂光子晶体光纤激光器 60-61 5.3 光子晶体光纤在其他方面的应用 61-62 5.3.1 光子晶体光纤光栅 61 5.3.2 光纤传感

61 5.3.3 能量传输 61-62 5.3.4 超连续谱的产生 62 5.4 展望 62-63 结论 63-64 参考文献 64-69 致谢 69-70 2.2.3 Galerkin 方法 26 2.2.4 有限差分法 26-27 2.2.5 超元胞晶格方法 27-28 2.2.6 光束传播法 28 2.3 多极法的理论和方程 28-35 2.3.1 多极法的概况 28-29 2.3.2 多极法公式 29-31 2.3.3 边界条件和场的耦合 31-33 2.3.4 Rayleigh 恒等式的引出及数字处理 33-35 2.4 多极法对称性的考虑 35-36 2.5 本章小结 36-37 第3章 光子晶体光纤色散和非线性特性分析 37-50 3.1 引言 37-38 3.2 光子晶体光纤的色散特性 38-41 3.2.1 光纤色散的分类 38-39 3.2.2 光子晶体光纤色散定义 39-40 3.2.3 光子晶体光纤色散特性的调节 40-41 3.3 光子晶体光纤的有效模场面积 41 3.4 光子晶体光纤的非线性效应 41-45 3.4.1 光纤中的非线性光学效应 41-44 3.4.2 非线性效应对光通信系统的影响

44 3.4.3 改变光纤非线性的方法 44-45 3.5 光子晶体光纤特性随d/ Λ的变化关系 45-48 3.5.1 光子晶体光纤的色散特性随d/ Λ的变化关系 46 3.5.2 光子晶体光纤的有效模场面积随d/ Λ的变化关系 46-48 3.5.3 光子晶体光纤的非线性系数随d/ Λ的变化关系 48 3.6 本章小结 48-50 第4章 高双折射光子晶体光纤特性研究 50-58 4.1 引言 50 4.2 基本原理 50-51 4.3 高双折射光子晶体光纤的设计与计算 51-57 4.3.1 模式双折射 52-55 4.3.2 色散损耗分析 55-57 4.4 本章小结 57-58 第5章 光子晶体光纤的应用 58-63 5.1 引言 58 5.2 光子晶体光纤激光器 58-61 5.2.1 纯硅光子晶体光纤激光器 58-59 5.2.2 微结构光纤实现大模式面积光纤激光器 59-60 5.2.3 包层泵浦Yb 掺杂光子晶体光纤激光器 60-61 5.3 光子晶体光纤在其他方面的应用 61-62 5.3.1 光子晶体光纤光栅 61 5.3.2 光纤传感

61 5.3.3 能量传输 61-62 5.3.4 超连续谱的产生 62 5.4 展望 62-63 结论 63-64 参考文献 64-69 致谢 69-70

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