光子晶体光纤论文：多极法有限元法高双折射高非线性
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【摘要】近年来，光子晶体光纤因其特有的传光特性，已成为当前光学领域中的一个热门课题。本文所研究的光子晶体光纤是一种带有缺陷的二维光子晶体结构，即光纤结构的横截面上周期性分布着沿光纤轴向延伸的微气孔结构，因而使得光子晶体光纤具有传统光纤无法比拟的传输特性，例如高双折射、色散特性、非线性等。本文的主要工作为：采用多极法和全矢量有限元法对设计的光子晶体光纤的基本特性进行了研究。利用CUDOS MOF Utilities软件和有限元软件COMSOL Multiphysics建立了光子晶体光纤的理论模型，并给出了具体的求解步骤。基于建立的模型，对光子晶体光纤的模场分布、双折射、色散及非线性等特性进行了理论分析。(1)提出了三种不同纤芯的混合双包层光子晶体光纤，对它们的特性进行了分析比较，选择出性质较好的光纤结构。接下来再讨论空气孔径的大小对该光纤传输特性的影响。模拟结果表明，光纤结构每层空气孔对传输特性的影响均不相同：最内层包层空气孔对双折射特性的影响最为明显；色散特性受次内层包层孔径的影响最大，最内层包层和外包层孔径大小对该特性的影响较微弱；而限制损耗主要受外包层孔径大小和包层圈数影响。根据上面的规律，得出了一种具有高双折射、低限制损耗且具有一定色散补偿功能的光子晶体光纤。(2)基于有限元法提出了一种高非线性光子晶体光纤。第一层包层为矩形结构，且x，y方向间距不同，从而便于获得较高的双折射。其余包层为八边形结构。通过改变
空气孔径的大小来获得较高的双折射和较高的非线性系数。理论证明增加纤芯附近的空气孔径大小便于获得较高的双折射，原因是随着孔径的增加，纤芯不对称性增强，进而双折射增加。而非线性特性主要受小纤芯和高占空比的影响。本文中通过增加纤芯附近包层空气孔径的大小达到减小纤芯和增加包层占空比的目的，从而获得较高的非线性，同时该光纤结构还具有一定的色散补偿功能。
【关键词】光子晶体光纤；多极法；有限元法；高双折射；高非线性；
【篇名】光子晶体光纤的特性分析及理论研究 【目录】光子晶体光纤的特性分析及理论研究5-6
Abstract6-7
第1章 绪论10-22
摘要
1.1 选题
的研究背景和发展历史10-12简介12-15纤简介14-1515-191617-18备19
1.2 光子晶体及光子晶体光纤
1.2.2 光子晶体光
1.2.1 光子晶体12-14
1.3 光子晶体光纤的传输特性
1.3.2 色散特性1.3.4 损耗特性1.4 光子晶体光纤的制19-20
1.6 本论文的主
1.3.1 双折射特性15-161.3.3 非线性特性16-171.3.5 其他特性18-191.5 光子晶体光纤的应用
要研究内容20-22方法22-34方法概述22-25率法22-23
第2章 研究光子晶体光纤特性的数值分析
2.2 光子晶体光纤的数值分析
2223-25
2.2.2 有效折射2.3 多极法
2.1 引言22
2.2.1 光束传播法2.2.3 时域有限差分法
25-2725-2727
2.3.1 多极法的概述252.4 有限元法27-332.4.2 有限元法的发展历史
2.3.2 多极法理论推导2.4.1 有限元法简介27-28
2.4.3 有限元法
2.5
的分析过程28-29本章小结33-34真34-443434-42线37-39
2.4.4 伽辽金有限元法29-33
第3章 混合双包层光子晶体光纤的设计与仿
3.2 多极法分析软件
3.1 引言34
3.3 混合双包层光子晶体光纤的物理模型3.3.1 基模的模场分布373.3.3 基模的有效折射率
3.3.2 双折射特性曲39-40
3.3.4 色散3.4 本章
特性曲线40-41小结42-4444-5644-4745-46
3.3.5 限制损耗曲线41-42
第4章 高非线性光子晶体光纤的设计与仿真4.1 引言44
4.2 COMSOL 仿真过程
4.2.2 解题程序4.3 高非线性光子晶体
4.2.1 前置处理44-454.2.3 后置处理46-47
光纤的特性分析47-54模型47-48
4.3.1 高非线性光子晶体光纤的物理
48-50
4.3.3 光纤
4.3.2 能量与场分布图
结构参数对非线性的影响50-51射的影响51-5353-54献58-6262-63
4.3.4 光纤结构参数对双折
4.3.5 光纤结构参数对色散特性的影响
结论56-58
参考文
4.4 本章小结54-56
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果致谢
63-64
作者简介
64