本文關(guān)鍵詞： 全矢量有限元法 七芯光子晶體光纖 模場面積 限制損耗 色散　出處：《重慶大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：光子晶體光纖是光子晶體和傳統(tǒng)光纖完美結(jié)合的產(chǎn)物,它是通過在由二氧化硅和周期性排列的空氣孔構(gòu)成的二維光子晶體結(jié)構(gòu)中引入線缺陷形成的。隨著光子晶體光纖技術(shù)的快速發(fā)展,光子晶體光纖憑借其獨特的包層結(jié)構(gòu)和奇異的光學特性逐步成為光通信領(lǐng)域的研究熱點之一。光子晶體光纖根據(jù)纖芯的數(shù)目可以分為兩類:單芯光子晶體光纖和多芯光子晶體光纖。與單芯光子晶體光纖相比,多芯光子晶體光纖具有更大的模場面積、更高的傳輸容量和的獨特的耦合特性,因此多芯光子晶體光纖在高功率光纖激光器、光纖耦合器和光通信系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。本文以七芯光子晶體光纖作為研究對象,進行了以下幾方面的研究:本文研究分析七芯光子晶體光纖的超模分布,并根據(jù)其超模分布的特征推導出七芯光子晶體光纖任意兩超模的模間色散求解公式。通過在纖芯摻雜低折射率物質(zhì)的方法改變其超模之間的耦合特性,從而實現(xiàn)七芯光子晶體光纖在1.31μm和1.55μm傳輸波長處任意兩超模之間的零模間色散,并運用全矢量有限元法分析纖芯折射率、纖芯之間的空氣孔的位置和包層空氣孔大小的變化對零模間色散波長的影響。本文通過在七芯光子晶體光纖的纖芯不同環(huán)形區(qū)域摻雜高折射率物質(zhì),設(shè)計一種大模場面積七芯光子晶體光纖。這種光子晶體光纖具有較小的功率峰值和較大的模場面積,其模場面積最大值為3732μm2,與其它結(jié)構(gòu)進行比較后發(fā)現(xiàn):本文所設(shè)計的七芯PCF模場面積大于其它結(jié)構(gòu)PCF的模場面積;當本文所設(shè)計的這種七芯PCF模場面積達到最大值時,其限制損耗為5.66?10-9d B/m,其它結(jié)構(gòu)PCF獲得最大模場面積時其限制損耗為0.06d B/m,由此可知本文設(shè)計的大模場面積七芯PCF能同時實現(xiàn)大模場面積和低限制損耗�？梢灶A計,當這種大模場面積的七芯光子晶體光纖作為高功率光纖激光器的基質(zhì)光纖時,能有效提高激光器的熱損傷閾值,降低激光器的非線性效應(yīng),實現(xiàn)高功率光纖激光器高功率、高光束質(zhì)量的激光輸出。
[Abstract]:Photonic crystal fiber is the product of perfect combination of photonic crystal and traditional fiber. It is formed by introducing linear defects into two-dimensional photonic crystal structures composed of silica and periodically arranged air holes. With the rapid development of photonic crystal fiber technology, Photonic crystal fiber (PCF) has become one of the hotspots in the field of optical communication by virtue of its unique cladding structure and singular optical properties. PCF can be divided into two categories according to the number of cores: single core photonic crystal fiber and single-core photonic crystal fiber. Multi-core photonic crystal fibers. Compared with single-core photonic crystal fibers, Multi-core photonic crystal fiber has larger mode field area, higher transmission capacity and unique coupling characteristics, so multi-core photonic crystal fiber in high-power fiber lasers, Optical fiber couplers and optical communication systems have broad application prospects. In this paper, seven core photonic crystal fibers are taken as the research object, and the following aspects are studied: in this paper, the supermode distribution of seven core photonic crystal fibers is studied and analyzed. According to the characteristics of supermode distribution, a formula for solving the dispersion of arbitrary two supermodes in a seven-core photonic crystal fiber is derived. The coupling characteristics between supermodes are changed by doping low refractive index material in the core. Thus, the zero-mode dispersion between two supermodes at 1.31 渭 m and 1.55 渭 m transmission wavelength is realized, and the refractive index of the core is analyzed by the full vector finite element method. The influence of the position of the air hole between the core and the size of the cladding air hole on the dispersion wavelength between zero modes is studied. In this paper, high refractive index materials are doped in different annular regions of the core of the seven-core photonic crystal fiber. A seven-core photonic crystal fiber with large mode field area is designed. This photonic crystal fiber has smaller peak power and larger mode field area. The maximum of the mode field area is 3732 渭 m ~ 2. Compared with other structures, it is found that the designed seven-core PCF mode field area is larger than that of the other structure PCF mode field area, and when the designed seven-core PCF mode field area reaches the maximum value, Its limit loss is 5.66? The limiting loss of the other PCF is 0.06 dB / m when the maximum mode field area is obtained by 10-9 dB / m. It can be concluded that the seven-core PCF designed in this paper can realize both the large mode field area and the low limiting loss at the same time. When the seven-core photonic crystal fiber with large mode field area is used as the matrix fiber of the high power fiber laser, the thermal damage threshold of the laser can be increased effectively, the nonlinear effect of the laser can be reduced, and the high power of the high power fiber laser can be realized. High beam quality laser output.
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN253

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本文編號：1547263