光子晶体光纤多模传输特性

光子晶体光纤

摘要：光子晶体光纤由于其特殊的周期性结构，区别于传统的光纤，而具有无截止单模传输、可调节色散、高双折射、偏振控制、大的有效面积单模运转和小的有效面积高非线性等特性及其广泛的应用前景，成为当前国内外研究的热门课题。本文主要介绍光子晶体光纤的基础知识，并介绍利用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟仿真光子晶体光纤中传输时各种模式的场分布以及有效折射率。为以后的进一步研究打下基础。 关键词：光子晶体光纤 COMSOL Multiphysics

一 光子晶体与光子晶体光纤 1.1 光子晶体

光子晶体是一种折射率变化周期为光波长量级的具有光子禁带的人工材料。最早的光子带隙思想由E.Yablonovitch和S.John提出。当电磁波在光子晶体中传播时，具有透射、反射和折射，电磁波受到电子周期性布拉格散射的调制，形成类似于电子的能带结构，我们称之为光子能带。在晶格常数与介电常数的比值取值适当的情况下，光子能带与电子能带相似。光子能带间可能存在禁止某些频率电磁波的频率区域，我们将这些频率区域命名为光子带隙，这是光子晶体最根本的特征。因此人们又将光子晶体称为光子带隙材料。

光子晶体的结构可以这样理解，正如半导体材料在晶格结点（

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

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

单层掺杂的一维光子晶体光子杂质模的特性

西北大学学报(自然科学网络版) 2004年11月，第2卷，第11期

Science Journal of Northwest University Online Nov. 2004，Vol.2，No. 11

单层掺杂的一维光子晶体光子杂质模的特性

陈慰宗，付灵丽

（西北大学 物理学系，陕西 西安 710069）

摘要：阐述了掺杂光子晶体和光子杂质模的概念，采用光学特征矩阵方法，通过数值模拟计算讨论了杂质层对光子杂质模特性的影响。计算结果表明，杂质层在一维光子晶体中的位置和杂质层折射率的变化可以极大地改变光子杂质模的透射率、带宽和品质因子。因此，对于具有一定特性的杂质模的光子晶体，其结构参数都有一个最佳的设计方案。

关 键 词：一维光子晶体；杂质层；光子杂质模；特性

中图分类号：O 482.3 文献标识码：A 文章编号：1000-274X(2004)0108-6

在20世纪，由于半导体材料和大规模集成电路的出现，使科学技术获得了突飞猛进地发展。但是，随着电路集成度和处理速度的提高，出现了许多新的、难以解决的问题。于是，科学家们开始专注于光子技术的研究，希

光子晶体光纤

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．０９

科技创新导报

光子晶体光纤在光纤传感中的应用

陈罗湘１，２

（１．湘潭职业技术学院信息工程系　湖南湘潭　４１１１０２　　２．湖南大学计算机与通信学院　　长沙　４１００８２）

摘　要：近年来，随着人们对光纤传感和光子晶体光纤研究的不断深入，光子晶体光纤在光纤传感中的应用正成为一个新的研究热点。本文介绍了光纤传感和光子晶体光纤的相关内容，重点结合光子晶体光纤的特点介绍了光子晶体光纤在偏振型光纤传感和布拉格光栅传感中的应用。

关键词：光子晶体光纤；光纤传感；　高双折射；布拉格光栅

中图分类号：Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ｃ）－００１３－０２

１　引言

光纤传感测量方法是一种利用光纤作为光信号的传输和传感媒质，根据被测物理量的变化对光信号的某一性质进行调制，并检测出来被测物理量变化的测量方法。自从光纤传感器问世以来，由于其相对于普通机械类和电子类传感器相比具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点。因而广泛地应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域的应力应变及温度测量等

光子晶体光纤

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．０９

科技创新导报

光子晶体光纤在光纤传感中的应用

陈罗湘１，２

（１．湘潭职业技术学院信息工程系　湖南湘潭　４１１１０２　　２．湖南大学计算机与通信学院　　长沙　４１００８２）

摘　要：近年来，随着人们对光纤传感和光子晶体光纤研究的不断深入，光子晶体光纤在光纤传感中的应用正成为一个新的研究热点。本文介绍了光纤传感和光子晶体光纤的相关内容，重点结合光子晶体光纤的特点介绍了光子晶体光纤在偏振型光纤传感和布拉格光栅传感中的应用。

关键词：光子晶体光纤；光纤传感；　高双折射；布拉格光栅

中图分类号：Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ｃ）－００１３－０２

１　引言

光纤传感测量方法是一种利用光纤作为光信号的传输和传感媒质，根据被测物理量的变化对光信号的某一性质进行调制，并检测出来被测物理量变化的测量方法。自从光纤传感器问世以来，由于其相对于普通机械类和电子类传感器相比具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点。因而广泛地应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域的应力应变及温度测量等

光纤特性及传输实验

在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。光波波长比微波短得多，用光波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，光纤通信就是用光波作载波，用光纤传输光信号的通信方式。

与用电缆传输电信号相比，光纤通信具有通信容量大、传输距离长、价格低廉、重量轻、易敷设、抗干扰、保密性好等优点，已成为固定通信网的主要传输技术，帮助我们的社会成功发展至信息社会。

实验目的

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

了解光纤通信的原理及基本特性。

测量半导体激光器的伏安特性，电光转换特性。 测量光电二极管的伏安特性。 基带（幅度）调制传输实验。 频率调制传

光纤特性及传输实验

在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。光波波长比微波短得多，用光波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，光纤通信就是用光波作载波，用光纤传输光信号的通信方式。

与用电缆传输电信号相比，光纤通信具有通信容量大，传输距离长，价格低廉，重量轻易敷设，抗干扰，保密性好等优点，已成为固定通信网的主要传输技术，帮助我们的社会成功发展至信息社会。

【实验目的】

1、 2、 3、 4、 5、

了解光纤通信的原理及基本特性。

测量激光二极管的伏安特性，电光转换特性。 测量光电二极管的伏安特性。 音频信号传输实验。 数字信号传输实验。

【实验仪器

光纤的非线性传输特性

一． 简介

光纤

1. 光纤的历史

早期的工作：为了得到低损耗的光纤

早在19世纪，人们已经知道光纤中引导光传播的基本原理是全内反射。 在19世纪20年代制成了无包层的玻璃纤维。

直到20世纪50年代，才知道包层的使用能够改善光纤的特性，从而诞生了光纤光学这个领域。

20世纪60年代，当时主要为了利用光纤束传输图像，促使光纤领域迅速发展。这些早期的光纤按现在的标准看具有很高的损耗，用当时最好的光学玻璃做成的光学纤维损耗也达到1000dB/km。

1966年高锟解决了石英光纤损耗的理论问题，提出了研制低损耗光纤的可能性。

1970年，美国康宁公司研制成功了第一根低损耗光纤，石英光纤的损耗下降到了20dB/km的水平。

随着光纤制造技术的进一步发展，到1979年，已将1.55un波长附近的损耗降低到约0.2dB/km。

低损耗光纤的获得，使得光纤中光传输时的非线性效应相对而言变得不可忽略。

早在1972年，已有人研究了单模光纤中的受激拉曼敞射和受激布里渊散射，

这些上作促进了诸如光感应双折射、参量四波混频和白相位调制等其他非线性现象的研究。

1973年，有人提出了“通过色散和非线性效应的互作用将会导致光纤产生类孤子脉冲”这样一

光子晶体的制备及应用

王文瀚 12S011029

1 引言

光子晶体(Photonic Crystals, PCs)是一种人工周期介质结构，由不同折射率材料周期性地交替排列而成，这种周期介质结构最早由Bykov于1972年提出。1987年，Yablonovitch和John分别在研究抑制原子的自发辐射和光子的局域化问题中也各自独立地提出了这种结构，并在后来的研究中将其命名为光子晶体。

实际上，在自然界中就存在着光子晶体结构，如蛋白石、孔雀羽毛、蝴蝶翅膀上的鳞状覆盖物、以及澳洲海老鼠的毛发。蝴蝶翅膀上的鳞状覆盖物是一种周期性结构。这种周期性结构可以限制光在其中的传输，让某些波长的光通过，而让另一些波长的光完全被反射。正因为如此，才形成了蝴蝶翅膀表面绚烂的花纹和色彩。这种周期性结构与Yablonovitch和John提出的光子晶体概念是相吻合的。

当然，自然界中这样的例子只是少数，目前更多的光子晶体是由人工加工制作而成。1990 年，Ho和Chan等人第一次从理论上论证了三维金刚石结构具有完全光子禁带。1991 年，Yablonovitch团队通过从一定角度对半导体介质进行钻孔，首次成功制作了具有完全禁带的三维金刚石结构光子晶体，禁带频率范围为13