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在高速光纤通信系统中,色散成为限制传输速率的主要因素,因而,光纤的群速度色散成为人们关注的焦点。对于标准单模光纤,色散值随波长的变化而变化且有一定的斜率,要实现波分复用系统中多信道同时补偿就要实现宽带范围内的色散斜率补偿;对于现代全光网络,全光波长变换技术是波分复用系统的核心技术,该技术是基于光纤中四波混频效应,因而需要具有低色散值、低色散斜率和高非线性特性的光纤。 本文研究了光子准晶体光纤的传输特性。首先介绍了光子晶体光纤和光子准晶体光纤的基本概念、基本特性、有限元分析方法和国内外在色散研究方面的进展;接着分析了全固光子准晶体结构光纤的结构参数对该光纤的限制性损耗特性、色散特性和非线性特性的影响;随后优化光纤结构,设计了一种具有高非线性和超平坦近零色散的全固光子准晶体光纤;最后设计了一种宽带色散斜率补偿光子准晶体光纤,该光纤可以同时实现色散和色散斜率补偿。主要研究内容包括: 1、设计了全固光子准晶体光纤的结构,采用有限元法对该光纤进行数值模拟。然后分别对该光纤的限制性损耗特性、色散特性和非线性特性进行了研究,分析了孔径比d2/Λ、棒间距Λ、中心棒直径d1和中心棒掺杂浓度的改变对限制性损耗、基模有效折射率、色散系数、色散斜率、有效模场面积和非线性系数的影响,总结变化规律,并且在理论上对这些变化规律进行了解释。 2、对全固光子准晶体光纤的传输性能进行优化,得到了一种具有低限制性损耗、高非线性和超平坦近零色散的全固光子准晶体光纤。该光纤在1470nm到1675nm波段范围内的限制性损耗低于10-4dB/km,并且得到了0±1 ps/(nm·km)的近零平坦色散;在通信窗口1550nm波长处,该光纤的色散系数值为-0.004ps/(nm·km),色散斜率值为0.0077 ps/(nm2·km)、非线性系数为27.47W-1km-1。 3、提出了一种具有中心缺陷的新型光子准晶体光纤,中心缺陷区域形成的结构可以使得色散曲线的宽度得到极大扩展,进而可以得到与单模光纤近似相等的相对色散斜率,同时具有较大的负色散值。分析了光纤的孔径比d2/Λ、孔间距Λ和中心棒直径d1对色散系数、色散斜率和相对色散斜率特性的影响。经过对光纤的结构优化,得到了可以实现S+C+L波段色散和色散斜率补偿的光子准晶体光纤。在1460nm到1625nm波段范围内,该光纤的色散值取值范围为-710.8ps/(nm·km)到-1293.1 ps/(nm·km),色散斜率变化范围为-3.11 ps/(nm2·km)到-3.76ps/(nm2·km);该光子准晶体光纤的相对色散斜率与标准单模光纤近似相等,其值为0.0044nm-1到0.0029nm-1,能很好地实现色散斜率补偿。 4、对色散斜率补偿光子准晶体光纤对标准单模光纤的色散补偿结果、色散斜率补偿结果和相对色散斜率进行了比较。结果表明:在1460nm到1625nm波段范围内,该光纤色散补偿结果D(λ)的曲线近零平坦,色散补偿结果D(λ)的取值范围为-0.5~0 ps/(nm·km),所以该光纤可以实现色散补偿;色散补偿结果DS(λ)的取值范围为0.016~0.008 ps/(nm2·km),所以该光纤可以实现色散斜率的补偿;该光纤的相对色散斜率变化曲线与普通单模光纤的相对色散斜率变化曲线几乎重合,因而,该光纤可以同时实现宽带色散和色散斜率的补偿。