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微结构光纤的色散与非线性特性的研究

韩佳巍  
【摘要】: 本论文工作是围绕以下项目展开的:甘肃省自然科学基金项目(项目编号:3ZS062-B25-036);兰州理工大学博士启动基金;兰州理工大学优秀青年教师培养计划资助项目。 微结构光纤具有普通传统光纤所无法比拟的诸多特性。本论文着重研究微结构光纤的色散与非线性的数值特性,主要研究内容及创新点如下: 1.对包层空气孔呈正六边形分布的微结构光纤进行了数值模拟,分别计算了内三层空气孔的直径和空气孔节距对微结构光纤的色散特性和非线性系数的影响;优化设计了一种低非线性宽带色散补偿微结构光纤,在工作波长1.55μm处的色散可达-3235.8ps/nm/km,可以实现在以1.55μm为中心的100nm范围内对相当于自身长度190倍的普通单模传输光纤进行宽带色散补偿(色散补偿率偏移在0.5%以内),并在此宽带波长范围内保持非线性系数低于5/W/km。 2.数值分析了包层中第三层之外的空气孔对于微结构光纤的色散和非线性特性的影响。通过调节优化位于不同层数的空气孔直径和空气孔节距,更加精确地设计了一种宽带低非线性色散补偿微结构光纤。该光纤在以1550nm为中心的100nm宽带波长范围内可以实现对相当于自身长度190倍的普通单模传输光纤进行色散补偿,且可以在此宽带范围内保持非线性系数低于3/W/km。 3.数值模拟了基于模式耦合的双芯微结构光纤的色散与非线性与其结构的关系。结果表明通过在包层中移除一层空气孔以形成外纤芯并调整内外纤芯之间的距离及包层空气孔的占空比,内外纤芯间的模式耦合可以在宽带范围内发生,导致产生大负色散。 4.对不同结构参量的改进型蜂巢晶格微结构光纤的色散与非线性特性进行了数值模拟,分析了物理参量色散D、非线性系数γ与其晶格参量之间的关系。分析结果表明,通过调节该光纤的结构参量可以灵活地调整其色散与非线性特性。 5.根据长周期光纤光栅透射谱的理论分析,以1OGHz重复频率脉冲激光器和高非线性色散平坦微结构光纤产生的超连续谱为光源,采用周期排列的金属丝实现可调谐微结构光纤光栅的压力传感实验,测定了透射谱和压力的关系,分析了可传感的压力范围和灵敏度。实验表明在20-60N范围内,压力和透射谱深度的线性度达到0.9953,灵敏度达到0.5dB/N。


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