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光子晶体光纤中色散的研究

王栋  
【摘要】: 近十年以来,光子晶体光纤(PCFs),或多孔光纤(Holey fiber)已经吸引了越来越多的关注。光子晶体光纤是一种在光纤轴向方向具有周期性微结构气孔阵列的光纤。到目前为止,众多具有非凡特性的光子晶体光纤已经有所报道,例如,无休止单模,高非线性,平坦色散,大模场面积光子晶体光纤等。由于结构设计上的灵活性,光子晶体光纤具有传统光纤无法比拟的奇异色散特性。在光子晶体光纤中控制色散能够对光纤通信,色散补偿,以及非线性光纤光学等实际应用领域有着重要意义。 本文中我们提出了一种具有混合结构的光子晶体光纤。这种光子晶体光纤包层由4层气孔组成,其中第1,2层气孔具有较小的直径d1 ,第3,4层气孔具有较大的直径d 2,孔间距为Λ。同时我们在纤芯中引入一个气孔直径为d c的小气孔。这种结构的主要设计思想是:通过合理地优化纤芯中气孔和内层气孔实现对光子晶体光纤的色散及色散斜率的有效控制,同时,通过调节外层气孔来增加包层对模场的限制作用,从而达到减小其限制损耗的目的。在研究过程中,我们利用全矢量有限元方法详细地分析了这种光子晶体光纤中色散特性与其结构参数的关系。数值结果表明,这种光纤在1.35到1.64μm波段具有0±0.23ps/km/nm的近零超平坦色散特性,并且其在1.55μm出的有效模面积为18.49μm2,远小于传统单模光纤(86μm2)。 这种具有近零超平坦色散,并在1.55μm波长处具有较大有效模面积的光子晶体光纤能很好地应用于波长转换,光数据传输,光参量放大,孤子脉冲传输以及超连续谱的产生等方面。


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