空芯光子晶体光纤损耗特性的研究

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空芯光子晶体光纤是带隙型光子晶体光纤的一种,其导光机制是光子晶体的带隙原理,这使得空芯光子晶体光纤具有低损耗、色散可控、非线性系数可调等许多优点和应用潜力。近年来,空芯光子晶体光纤因为其独特的导光特性在多个领域得到了广泛应用,但是由于制作工艺的限制,目前报道的空芯光子晶体光纤损耗仍然高于传统光纤。而损耗是光传输介质的重要指标之一,直接影响光传输距离和传输质量。限制损耗和散射损耗是空芯光子晶体光纤的两个主要损耗因素。限制损耗是光子晶体光纤特有的损耗特性,与光纤包层厚度、纤芯与包层结构参数相关;光子晶体光纤中的散射损耗则多与波导结构缺陷有关。本文基于反共振条件,通过对纤芯壁的设计,探究了其对空芯光子晶体光纤基模与表面模耦合、限制损耗、芯内功率分数等特性的影响,为低损耗空芯光子晶体光纤的研究提供了理论依据。  首先对光子晶体的种类、光学特性以及光子晶体光纤的发展和国内外研究现状、分类和导光机制、特性、各领域的应用作了阐述,并对光子晶体光纤常用数值分析方法:平面波展开法和全矢量有限元法进行了详细分析。  其次从反共振条件出发,设计了具有T=3和椭圆形两种反共振层的纤芯壁,将其运用于7单元芯和19单元芯两种纤芯半径的空芯光子晶体光纤,然后分别与常规采用的T=0.5反共振层作了对比,证明了本文的设计对空芯光子晶体光纤损耗具有一定抑制作用。  最后对包层空气孔采用正方形晶格的空芯光子晶体光纤的损耗特性作了分析,并运用此前的设计纤芯壁相对厚度分别为T=0.5和T=3的两种正方形晶格空芯光子晶体光纤的基模特性、芯内功率分数特性以及限制损耗特性,得出T=3纤芯壁在抑制损耗方面优势的结论。  本文的研究为低损耗空芯光子晶体光纤的设计提供了理论依据,对空芯光子晶体光纤在光传输领域的应用具有一定的借鉴意义。
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