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光子晶体光纤中波的传播与演化

王晓静  
【摘要】:本论文的研究工作是围绕国家“973”项目课题“新一代通信光电子集成器件及光纤的重要结构工艺创新与基础研究”(项目编号:2003CB314900)、863项目“单结构与多结构集成式光子晶体光纤及器件”(课题编号:2003AA311010)、教育部重大项目“基于微结构光纤的新一代光通信器件及系统”(项目编号:104046)和北京教委共建项目(项目号:XK100130437)展开的。 光子晶体光纤(Photonic Crystal Fibers,PCF)是基于光子晶体技术发展起来的新一代光纤。它具有很多不同于传统光纤的独特性质,如高双折射、无限单模传输、色散高度可控等。它在非线性光学、光电子学等许多领域具有重要的科研价值和广阔的应用前景,光子晶体光纤以及基于光子晶体光纤的光电子器件的研究是目前国际国内的研究热点。 论文主要围绕两个方面的内容研究了光波在光子晶体光纤中的传播特性:一、光子晶体光纤中传播的非线性效应;二、是沿有限厚度的二维光子晶体的轴向入射时的光反射谱和透射谱。主要理论和实验研究内容如下: 1.基于薛定鄂方程,利用分步傅立叶方法,研究了脉冲输入功率、脉冲宽度、光纤色散对输出光谱的影响。研究发现:谱的结构对输入功率敏感;自相位调制主导了输出光谱的动态变化;高阶色散特别是三阶色散决定了超连续谱的形状和宽度。 2.利用散射矩阵法,研究了光沿二维光子晶体轴向入射时的反射谱和透射谱。通常情况下,研究二维光子晶体的禁带特性都是建立在二维平面上的,但是这和实际光在PCF中传播的方向情况不尽相同。论文将对平面的二维光子禁带的研究转化成三维情况下对反射谱和透射谱的研究,并讨论了不同的入射角度对反射谱和透射谱的影响。研究结果表明:存在沿轴向入射的光子禁带;不同角度的入射光对主反射谱的影响较小,而对边带影响较大。该研究结果为进一步研究光在空心光子晶体光纤中传播的导光机制奠定了基础。


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