本文關鍵詞：新型光子準晶光纖及石英基光纖的微觀機制研究

  更多相關文章： 光子準晶光纖 超連續(xù)譜光源 高非線性 高雙折射 非晶SiO_2 氧缺陷 熱動力學

【摘要】：隨著超連續(xù)譜在光通信、光譜學、光學測量及生物醫(yī)學成像等領域應用的不斷拓展,急需提升超連續(xù)譜的光源性能,而與超短脈沖相作用以產生超連續(xù)譜的特種光纖的非線性、雙折射及色散平坦等特性,已成為目前制約超連續(xù)譜光源性能提高的關鍵制約因素。本學位論文在對石英光纖基礎介質材料非晶Si02及摻鍺非晶Si02材料開展微觀機理研究的基礎上,基于光子準晶光纖結構設計大自由度的優(yōu)勢,面向超連續(xù)譜光源性能提高的應用需求,深入開展具有特殊色散特性的高非線性光子準晶光纖和高雙折射光子準晶光纖的結構設計與優(yōu)化。 取得的主要創(chuàng)新成果如下： 1.提出一種低限制損耗、近零平坦色散的石英基高非線性光子準晶光纖,通過規(guī)劃光纖的結構參數(shù),首次在光子準晶光纖中獲得兩個零色散點。研究表明,光纖在1373nm到1627nm的254nm波長范圍內取得0±3.4ps/nm/km以內的近零色散平坦。在通信窗口1550nm波長處,非線性系數(shù)達33W-1km-1,色散斜率為8.5×10-3ps/nm2/km,限制損耗低至3.2×10-7dB/m。并從光纖實際制作工藝考慮,分析了空氣孔結構偏離對光纖特性的影響。研究結果顯示,在結構參數(shù)偏離3%以內時,光纖仍能保持設計特性。 2.提出一種As2Se3基摻鍺芯紅外區(qū)雙零色散點的高非線性光子準晶光纖。光纖在2-5.5μm波長范圍內具有兩個零色散點,非線性系數(shù)最高可以達到5000W-1km-1。光纖由均一的空氣孔包層和芯區(qū)的摻鍺棒組成,采用芯區(qū)摻雜鍺的方法,包層對基模模場有很好的限制能力,在保證低損耗的前提下,可在增大光纖非線性的同時對色散進行有效的調整。 3.提出一種ZBLAN氟化物玻璃基的高雙折射光子準晶光纖,雙折射高達10-2量級。光纖的雙折射比普通保偏光纖高出兩個數(shù)量級,達到橢圓孔微結構光纖的雙折射量級,但比橢圓空氣孔在工藝上較易于實現(xiàn)。研究結果表明,光纖可在1800nm到2200nm的400nm波長范圍內保持單模傳輸特性。尤其是在2μm波長處,雙折射B=2.42×10-2,限制損耗小于2.24×10-4dB/m。據(jù)文獻調研所知,此高雙折射光纖為2μm波段雙折射首次達到10-2量級的高雙折射光纖。 4.提出一種芯區(qū)帶有四小空氣孔以矩形排列結構的高雙折射ZBLAN光子準晶光纖。運用四個較大的空氣孔形成內芯,通過芯區(qū)空氣孔的尺寸和空間的矩形分布對模場進行調制。數(shù)據(jù)分析結果表明,通過合理的設計包層結構,光纖在兩微米波長處保持單模傳輸特性,雙折射高達2.88×10-2,限制損耗小于4.95×10-4dB/m。不僅在雙折射方面比帶葡萄柚空氣孔的高雙折射光纖有所提高,而且降低了光纖的制作難度 5.建立石英光纖非晶SiO2材料的理論分析模型�；谙嚓P原子問對勢參數(shù),通過分子動力學方法得到非晶態(tài)SiO2的穩(wěn)定結構,計算得出的短程作用結構參數(shù)和前人報道的實驗及理論值相符。同時,分析帶氧缺陷的非晶Si02的聲子態(tài)密度,得到了比熱、德拜溫度、振動熵等熱力學性質。另外,分析得到了摻鍺非晶SiO2結構在不同摻雜情況下的穩(wěn)定微觀結構。摻鍺非晶SiO2其微觀結構是以鍺原子易于占據(jù)遠離中心的位置且彼此之間以最遠的距離分布為特點。和金屬化合物或者晶體摻雜系統(tǒng)的結果相反,非晶Si02的鍺摻雜,降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【關鍵詞】：光子準晶光纖 超連續(xù)譜光源 高非線性 高雙折射 非晶SiO_2 氧缺陷 熱動力學
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN253
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 緒論12-30
• 1.1 引言12-13
• 1.2 光子準晶光纖13-21
• 1.2.1 光子準晶體13-14
• 1.2.2 光子準晶光纖14-20
• 1.2.3 光子準晶光纖的制備方法20-21
• 1.3 石英光纖微觀機制研究現(xiàn)狀21-23
• 1.4 高非線性光纖的研究現(xiàn)狀23-24
• 1.5 雙折射光纖的研究現(xiàn)狀24-27
• 1.6 本文的主要研究內容27-30
• 2 具有特殊色散特性的高非線性光子準晶光纖30-64
• 2.1 引言30
• 2.2 有限元分析方法30-38
• 2.2.1 基本原理31-33
• 2.2.2 邊界條件33-36
• 2.2.3 光子準晶光纖的數(shù)值簡化模型36-38
• 2.3 近零平坦色散石英基高非線性PQF38-44
• 2.3.1 光纖結構與及重要性能參數(shù)39-40
• 2.3.2 結構參數(shù)影響40-42
• 2.3.3 制作容差影響42-44
• 2.4 As_2Se_3基雙零色散點的高非線性PQF44-52
• 2.4.1 傳統(tǒng)型結構PQF45-46
• 2.4.2 具有雙零色散的As_2Se_3基高非線性PQF46-52
• 2.5 具有摻鍺芯的As_2Se_3基雙零色散點高非線性PQF52-61
• 2.5.1 光纖結構52-53
• 2.5.2 結構參數(shù)的影響53-58
• 2.5.3 摻鍺芯的影響58-61
• 2.6 小結61-64
• 3 新型高雙折射光子準晶光纖的研究64-86
• 3.1 引言64-65
• 3.2 帶葡萄柚空氣孔的高雙折射ZBLAN PQF65-71
• 3.2.1 光纖結構65-66
• 3.2.2 數(shù)值模擬與結果分析66-71
• 3.3 芯區(qū)帶四個小空氣孔的高雙折射PQF71-78
• 3.3.1 光纖結構71-72
• 3.3.2 數(shù)值分析結果72-78
• 3.4 具有高非線性特性的高雙折射PQF78-83
• 3.4.1 結構基礎79
• 3.4.2 數(shù)值優(yōu)化過程79-83
• 3.5 小結83-86
• 4 石英基光纖微觀機制研究86-106
• 4.1 引言86
• 4.2 理論模型86-95
• 4.2.1 原子間相互作用勢理論87-89
• 4.2.2 陳氏晶格反演獲得原子間作用勢89-90
• 4.2.3 晶格振動的計算方法90-91
• 4.2.4 光學性質91-93
• 4.2.5 非晶SiO_2的結構93-95
• 4.3 具有氧缺陷的非晶SiO_2的特性分析95-98
• 4.3.1 具有氧缺陷的熱力學性質95-97
• 4.3.2 非晶SiO_2的力學性質97-98
• 4.4 摻鍺非晶SiO_2的特性98-104
• 4.4.1 摻鍺非晶SiO_2的結構特性99-100
• 4.4.2 聲子態(tài)密度與熱力學性質100-102
• 4.4.3 光學特性102-104
• 4.5 小結104-106
• 5 結束語106-110
• 5.1 本論文的主要研究內容及成果106-108
• 5.2 下一步擬開展的研究工作108-110
• 參考文獻110-120
• 作者簡歷及攻讀博士學位期間取得的研究成果120-124
• 學位論文數(shù)據(jù)集124

【參考文獻】

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本文編號：908965