准晶体结构光纤特性研究

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本文研究了准晶体结构光纤的传输特性。首先阐述了准晶体结构光纤是在光子晶体光纤的理论基础上提出的,介绍了准晶体结构光纤的基本特性,数值分析方法,制备方法以及国内外研究进展;随后分析了各结构参量的改变对准晶体结构光纤损耗、非线性和色散特性的影响,并与三角格子光子晶体光纤相比较;而后优化光纤性能,设计出一种具有大模场面积的近零平坦色散准晶体结构光纤;最后,将双芯结构应用于准晶体结构光纤设计了一种新的光纤结构,可用于色散补偿。主要研究内容包括:   1、建立分析模型,基于有限元方法对全内反射型准晶体结构光纤进行数值模拟和模式分析。单独改变空气孔直径、空气孔间距、空气孔层数等结构参量,研究其对准晶体结构光纤的模式有效折射率、限制性损耗、有效模场面积、非线性系数以及色散系数的影响,找出其中的变化规律,并从理论上做出解释。   2、对准晶体结构光纤与三角格子光子晶体光纤的传输特性进行比较。指出准晶体结构光纤传输性能的优越性,以及光纤结构的差异对传输特性的影响。   3、提出了设计色散平坦准晶体结构光纤的方法,1495nm至1750nm范围内得到了0.09±0.20 ps·nm-1·km-1的近零超平坦色散;进一步优化光纤性能,设计出一种大模场面积的色散平坦准晶体结构光纤,在1450nm至1650nm范围内可获得0±3.0ps·nm-1·km-1的平坦色散,在1550nm处的色散系数为-0.09ps·nm-1·km-1,有效模场面积达112μm2,非线性系数为0.94km-1.W-1,传输性能良好。   4、将同轴的双芯结构与准晶体结构相结合,设计了一种双芯准晶体结构光纤用于色散补偿。利用内纤芯与环形外纤芯中光波的耦合效应,可在相位匹配波长附近获得很高的负色散值。通过数值模拟研究了光纤内包层孔直径、外纤芯孔直径、外包层孔直径、孔间距以及内包层空气孔层数的变化对光纤色散特性的影响。并协调相位匹配波长、色散峰值、半峰全宽、色散-带宽乘积之间的关系,优化光纤性能。最终在通信波段1550nm低损耗窗口,设计出一种性能优越的色散补偿光纤,负色散峰值为-2250ps·nm-1·km-1,半峰全宽超过280nm,色散-带宽乘积可达630Ghz-1.km-1。此种光纤可应用于长距离高速光纤通信系统中,为常规单模光纤提供色散补偿。  
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