收藏本站
《北京邮电大学》 2007年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

光子晶体光纤及相关通信光电子技术的理论与实验研究

徐永钊  
【摘要】: 本论文的工作是围绕以下项目展开的:以任晓敏教授为首席科学家的国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“新一代通信光电子集成器件及光纤的重要工艺创新与基础研究”(项目编号:2003CB314900);教育部科学技术重大研究项目“基于微结构光纤的新一代光通信器件及系统”(项目编号:104046),国家高技术研究发展计划(863计划)项目“单结构与多结构集成式光子晶体光纤及器件”(项目编号:2003AA311010)以及北京市教委共建项目(项目编号:XK100130437)。 光纤在通信系统、传感、医疗器械和各种光学器件等众多领域中具有重要和广泛的应用。在过去的几年里,为了提高光纤在各种应用中的性能,人们积极研制新型的光纤。光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,简称PCF)的研制成功,是光纤技术领域最新的进展之一,其研究受到了全世界众多研究人员极大的关注。PCF在中心处引入了缺陷作为芯区,而周围排列着许多沿光纤长度方向延伸的空气孔,通过改变空气孔的尺寸和排列方式,可以灵活地控制光纤的传输特性。光纤中微结构的使用使光纤多方面的物理性能得到了改善,并为光纤在各个领域的应用打开了新局面。事实上,每个应用领域也是利用了PCF由于微结构所赋予的优良特性。PCF为光电子器件的设计提供了新的平台,并展示了许多新的功能。它在通信、非线性光学、传感和光纤器件等许多领域中有广阔的应用前景。由于PCF新颖的结构和具有常规阶跃光纤无法比拟的独特特性,PCF在未来可预见的时间里仍将是一个活跃的研究领域。本论文主要对PCF及相关通信光电子技术进行了理论和实验研究,主要研究内容和创新点如下: 1.建立了以各向异性完全匹配层(APML)为吸收边界条件的时域有限差分法(FDTD)PCF计算模型,详细讨论了FDTD差分表达式的推导和APML技术,并成功应用于PCF的特性分析。 2.提出了改进的有效折射率方法(IEIM)用于精确分析PCF。IEIM由常规的全矢量有效射率方法(EIM)发展而来,但比常规的全矢量EIM方法具有更高的计算精度。IEIM的计算结果无论是与其他方法获得的精确计算结果,还是与先前文献报道的实验结果相比较都非常吻合,是分析PCF一种有力工具。 3.提出了利用具有小正常色散值的色散平坦PCF,在通信波段产生宽带、平坦超连续谱的方法。该类型PCF的色散与波长成凸型函数关系,且没有色散零点。采用数值模拟的方法,详细研究了光纤参量和泵浦条件对超连续谱产生的影响。 4.设计了具有小正常色散值的色散平坦PCF用于产生宽带、平坦的超连续谱,并通过光谱滤波获得了多波长脉冲信道。 5.结合光子晶体光纤和拉锥的优点,设计了一种锥型光子晶体光纤用于产生宽带、平坦的超连续谱。该光纤具有平坦的色散特性,同时色散值沿光纤长度方向逐渐减小,由正值减小到负值。理论研究结果表明,利用该类型的光纤和具有几个皮秒宽度的泵浦脉冲,可以在通信窗口有效地产生平坦的超连续谱。 6.首次利用具有小正常色散值的非线性色散平坦PCF和高重复率的皮秒泵浦脉冲,在1.55μm波段产生了谱宽超过90nm的平坦的超连续谱。该宽带、平坦的超连续谱能同时提供波长间隔为10GHz、超过1100路的多波长载波信道。通过对光谱滤波,实验获得了速率为10Gbit/s的多波长脉冲序列。这样的超连续谱源在DWDM光通信系统、波长变换等方面都有重要的应用。同时结合数值模拟的方法进行了研究,模拟结果与实验结果非常一致。 7.提出了基于PCF自相位调制效应的全光再生的方案,理论和实验上论证了其可行性。利用PCF和带宽滤波器,获得了近似阶跃状的功率传输函数和没有发生形变的再生脉冲。该再生器对皮秒脉冲起到良好的再生作用,可用于高比特率数据信号的再生。研究结果表明,具有正常色散的非线性PCF适合于全光2R再生。 8.提出了利用具有高非线性和大反常色散值的PCF构成的非线性光纤环路镜(PCF-NOLM)进行脉冲压缩和整形的方案。数值结果表明,该方案能高效地压缩脉冲,并能显著抑止压缩脉冲的基座。 9.与他人合作,利用PCF实现了对10Gbit/s脉冲信号色散和色散斜率的同时补偿。在C波段的20nm的波长范围内,利用26m的PCF补偿了2km的标准单模光纤的色散。研究结果还表明,该光纤可在从1520nm到1570nm的50nm波长范围内对标准单模光纤的反常色散进行补偿,残余色散可控制在±0.3ps.nm~(-1).km~(-1)之内。 10.开展了基于PCF中四波混频效应的全光波长变换的研究。与他人合作,利用30m的色散平坦PCF中的四波混频效应,实现了对10Gbit/s光信号的全光波长变换。平均波长转换效率约为-19.5dB、幅度变化小于±1.4dB、转换带宽达20nm。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN253

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 武劲青,薛文瑞,周国生;方形渐变空气孔微结构光纤的色散特性分析[J];光学学报;2005年02期
2 栗岩锋,王清月,胡明列;光子晶体光纤的矢量有效折射率分析方法[J];中国激光;2004年11期
3 胡明列,王清月,栗岩锋;微结构光纤的有限元分析计算法[J];中国激光;2004年11期
4 李曙光,刘晓东,侯蓝田;光子晶体光纤的导波模式与色散特性[J];物理学报;2003年11期
5 张德生,董孝义,张伟刚,王志;用阶跃有效折射率模型研究光子晶体光纤色散特性[J];物理学报;2005年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 任国斌,王智,娄淑琴,简水生;光子晶体光纤的模式截止特性研究[J];电子学报;2004年08期
2 鞠晓丹,刘兆伦,倪正华,高艳东,李曙光,侯蓝田,刘晓东;光子晶体光纤在光通信中的色散补偿应用[J];光通信技术;2004年07期
3 陈波,杨广强,张霞,黄永清,任晓敏;光子晶体光纤与普通单模光纤之间耦合损耗的理论分析[J];光通信技术;2005年05期
4 高艳东,刘兆伦,鞠晓丹,倪正华,李曙光,侯蓝田,刘晓东;光子晶体光纤与光通信相关的奇异色散特性[J];光通信研究;2005年01期
5 武劲青,薛文瑞,周国生;方形渐变空气孔微结构光纤的色散特性分析[J];光学学报;2005年02期
6 刘江涛,周云松,王福合,顾本源;不同晶格磁性光子晶体异质结的界面传导模[J];光学学报;2005年05期
7 李智忠,胡永明,杨华勇,孙崇峰,张学亮;圆芯型边孔光纤双折射的有限元分析[J];光学学报;2005年08期
8 余恬,陈川;弱渐变抛物型光纤传导模式的截止频率与介电比[J];光学学报;2005年10期
9 张霞;王子南;杨广强;黄永清;任晓敏;;椭圆六角分布微结构光纤中的双折射[J];光学学报;2006年01期
10 林旭彬;陈钰杰;李宝军;;类蜂窝状结构完全带隙二维光子晶体[J];光学学报;2006年01期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 陈飞飞;戴世勋;徐铁峰;聂秋华;陈燕飞;;非谐振型光学玻璃的三阶非线性的研究进展[A];中国硅酸盐学会特种玻璃分会第三届全国特种玻璃会议论文集[C];2007年
2 栗岩锋;王子涵;胡明列;王清月;;光子晶体光纤色散特性的研究[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年
3 王蓓蓓;曹琳琳;;光子晶体光纤模式折射率的分析及应用[A];第七届工业仪表与自动化学术会议论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 陈明阳;新型光子晶体光纤的数值模拟[D];燕山大学;2004年
2 胡明列;飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中传输特性的研究[D];天津大学;2004年
3 栗岩锋;光子晶体光纤色散特性的理论研究[D];天津大学;2004年
4 宋学鹏;微结构光纤非线性特性的理论及其实验研究[D];北京邮电大学;2006年
5 刘小毅;若干新型微结构光纤的结构设计与关键特性分析[D];北京邮电大学;2007年
6 何理;光纤环形激光器及光子晶体光纤在有源器件中的应用[D];北京邮电大学;2007年
7 卫延;新型特种光纤和相关制作工艺的研究[D];北京交通大学;2008年
8 方宏;光子晶体光纤理论模型、结构设计及制作工艺的研究[D];北京交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 贾俊明;塑料光子晶体光纤及其某些特性的模拟分析[D];燕山大学;2004年
2 曾祥梅;单模光纤中光脉冲的压缩及光脉冲对的分裂与聚合研究[D];陕西师范大学;2004年
3 刘珂;光子晶体光纤的理论分析及其在THz波导分析中的应用[D];浙江大学;2005年
4 唐灿;光子晶体光纤研究[D];电子科技大学;2005年
5 刘斌;光子晶体光纤的数值模拟及特性分析[D];华中科技大学;2005年
6 王子涵;光子晶体光纤色散的若干理论及测量方法研究[D];天津大学;2005年
7 郭璇;光子晶体光纤传感机理的研究[D];燕山大学;2006年
8 陈吟;太赫兹波在光子晶体光纤中传输特性的研究[D];浙江大学;2006年
9 黄海泉;光子晶体光纤的理论与实验研究[D];浙江大学;2006年
10 耿继国;一维光子晶体禁带结构及缺陷模耦合特性研究[D];曲阜师范大学;2006年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 桂厚义,胡佳妮;光子晶体光纤在光纤通信中的应用[J];光通信研究;2005年01期
2 许吉英,王佳,田芊;光子晶体的光学特性与近场光学测量表征[J];光学技术;2003年01期
3 陈鹤鸣;施伟华;曹祥风;邹建华;;PBG光子晶体光纤的色散特性研究[J];光学技术;2006年03期
4 胡明列,王清月,栗岩锋;微结构光纤的有限元分析计算法[J];中国激光;2004年11期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 杨四刚;李进延;陈伟;陈宏伟;谢世钟;;高非线性光子晶体光纤中的慢光延迟增强效应[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王身云;光子晶体电磁特性分析与大带隙结构设计[D];南昌大学;2007年
2 胡颉;光子晶体光纤色散特性的研究[D];北京交通大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 赵玉成,魏道平,李唐军,陈根祥,简水生;普通单模光纤色散补偿传输的实验研究[J];光学学报;2000年08期
2 胡明列,王清月,栗岩锋,王专,倪晓昌,柴路,张志刚,章若冰,侯蓝田,李曙光,周桂耀;非均匀微结构光纤中超连续光的产生和传输[J];中国激光;2004年05期
3 郭旗,石智伟;金属包层对称平面单轴晶体波导的模式场(Ⅱ)[J];物理学报;2002年08期
4 牛新建,李宏福,喻胜,谢仲怜,杨仕文;8mm高功率过模弯曲圆波导TE_(01)—TM_(11)模式变换[J];物理学报;2002年10期
5 裴丽,简水生,延凤平,宁提纲,简伟,李唐军;4×10Gb/s400km啁啾光纤光栅色散补偿研究[J];物理学报;2003年03期
6 李曙光,刘晓东,侯蓝田;光子晶体光纤的导波模式与色散特性[J];物理学报;2003年11期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈伟;李诗愈;王彦亮;王冬香;罗文勇;黄文俊;;特种光纤技术及其发展趋势[J];中国新通信;2010年17期
2 鲍卫兵;郭淑琴;;混合纤芯光子晶体光纤的色散特性研究[J];浙江工业大学学报;2009年05期
3 朱瑞莲;闫连山;李立广;;超短脉冲特性对PCF中超连续谱产生的影响[J];光通信技术;2011年03期
4 王松红;;光子晶体光纤的研究现状及其在光纤通信中的应用[J];科技信息;2009年16期
5 侯尚林;韩佳巍;;三层外空气孔对光子晶体光纤非线性和色散的影响[J];光电工程;2010年06期
6 王文轩;杨国锋;;光子晶体光纤技术及其在DWDM系统中的应用[J];电子元器件应用;2007年07期
7 娄淑琴,王智,任国斌,简水生;有中心缺陷孔的椭圆孔光子晶体光纤传输特性研究[J];光学学报;2004年09期
8 于永芹,阮双琛,杜晨林,姚建铨;飞秒脉冲泵浦光子晶体光纤产生1.3μm区域的光谱展宽(英文)[J];光子学报;2005年04期
9 周媛媛;周学军;张世秀;;光子晶体光纤的研究新进展[J];光通信技术;2007年05期
10 刘博文;胡明列;宋有建;柴路;王清月;;高功率掺镱大模面积光子晶体光纤飞秒激光放大器的实验研究[J];中国激光;2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谭中伟;刘艳;宁提纲;简水生;;可调色散补偿器[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议(OFCIO’2003)论文集[C];2003年
2 韶海铃;王荣;;新一代光通信激光管VCSEL[A];2005通信理论与技术新进展——第十届全国青年通信学术会议论文集[C];2005年
3 郭永献;贾建援;梁丽萍;;MOMES光开关的研究现状及展望[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(二)[C];2007年
4 杜浩良;何云良;;基于光纤通信的备用电源自投装置原理探讨[A];2008中国电力系统保护与控制学术研讨会论文集[C];2008年
5 钟朝晖;;百色水电站接入系统光纤通信方案研究[A];广西电机工程学会第七届青年学术交流会论文集[C];2002年
6 习建华;;用OTN构建宽带城域传送网[A];中国通信学会信息通信网络技术委员会2009年年会论文集(下册)[C];2009年
7 姜国兴;郭连喜;;光纤、光缆通信及其防雷技术[A];中国航海学会通信导航专业委员会2005年学术年会论文集[C];2005年
8 方光青;张晓光;许玮;席丽霞;段高燕;;差分相移键控格式产生与解调的实验研究[A];第一届中国高校通信类院系学术研讨会论文集[C];2007年
9 李希友;尹文茂;刘宁;;水下测量装置姿态信息的传输方式研究[A];第十二届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2009年
10 李旻;;雷达天线接收信号模拟光纤传输系统[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议(OFCIO’2001)论文集[C];2001年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 刘艳 高杨;光纤通信不是“夕阳产业”[N];人民政协报;2006年
2 ;40G光通信项目获国家科技进步二等奖[N];人民邮电;2009年
3 本报记者 冯海波;用光纤“演奏”美好生活[N];广东科技报;2008年
4 维佳;烽火再担两项国家“973”项目[N];人民邮电;2009年
5 本报记者 王海 通讯员 龚延兴;我国输电网光纤通信居世界前列[N];中国能源报;2010年
6 胡谋 刘燕燕;留学那年,我40岁[N];人民日报海外版;2009年
7 ;40Gb/sSDH项目通过课题验收[N];人民邮电;2005年
8 ;与光同行[N];中华读书报;2005年
9 姚传富;光纤通信面临全面升级[N];人民邮电;2007年
10 陈其忠;SDH光纤通信中环回测试技术的分析[N];通信信息报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 何理;光纤环形激光器及光子晶体光纤在有源器件中的应用[D];北京邮电大学;2007年
2 郭铁英;新型光子晶体光纤及面向其应用的关键技术研究[D];北京交通大学;2010年
3 李宏雷;新型光子晶体光纤及其实用化相关技术研究[D];北京交通大学;2010年
4 闫贺;基于光子晶体光纤的表面增强拉曼探针的实验研究[D];清华大学;2009年
5 史青;光子晶体光纤及其在传感领域的应用研究[D];南开大学;2010年
6 徐惠真;新型光子晶体光纤结构设计及应用研究[D];北京邮电大学;2011年
7 程同蕾;混合型光子晶体光纤理论及超连续实验研究[D];天津大学;2010年
8 方晓惠;多芯光子晶体光纤飞秒激光系统及其在频率变换中的应用[D];天津大学;2010年
9 夏长明;掺镱石英玻璃及其光子晶体光纤的制备和特性研究[D];燕山大学;2012年
10 徐永钊;光子晶体光纤及相关通信光电子技术的理论与实验研究[D];北京邮电大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 罗思行;利用光子晶体光纤产生纠缠光子对的研究[D];北京邮电大学;2010年
2 王栋;光子晶体光纤中色散的研究[D];重庆大学;2010年
3 高健;光子晶体光纤的色散与非线性特性研究[D];北京邮电大学;2009年
4 姚立;光子晶体光纤中超连续谱与纠缠光子对的研究[D];北京邮电大学;2009年
5 付博;双折射光子晶体光纤的设计及其特性的研究[D];燕山大学;2010年
6 张磊;高非线性光子晶体光纤设计及其超短脉冲传输特性研究[D];燕山大学;2010年
7 耿鹏程;具有七芯结构及带隙特性的掺镱光子晶体光纤的研究[D];燕山大学;2010年
8 崔艳玲;新型光子晶体光纤的色散特性和带隙特性研究[D];燕山大学;2010年
9 杨倩倩;双折射光子晶体光纤的理论与实验研究[D];燕山大学;2010年
10 李立肖;光子晶体光纤的双零色散和非线性特性的理论和实验研究[D];燕山大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026