本文關(guān)鍵詞：新型光子準(zhǔn)晶光纖及石英基光纖的微觀機(jī)制研究

  更多相關(guān)文章： 光子準(zhǔn)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(dòng)力學(xué)

【摘要】：隨著超連續(xù)譜在光通信、光譜學(xué)、光學(xué)測(cè)量及生物醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域應(yīng)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(chǎn)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(guān)鍵制約因素。本學(xué)位論文在對(duì)石英光纖基礎(chǔ)介質(zhì)材料非晶Si02及摻鍺非晶Si02材料開展微觀機(jī)理研究的基礎(chǔ)上,基于光子準(zhǔn)晶光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大自由度的優(yōu)勢(shì),面向超連續(xù)譜光源性能提高的應(yīng)用需求,深入開展具有特殊色散特性的高非線性光子準(zhǔn)晶光纖和高雙折射光子準(zhǔn)晶光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化。 取得的主要?jiǎng)?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(zhǔn)晶光纖,通過規(guī)劃光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù),首次在光子準(zhǔn)晶光纖中獲得兩個(gè)零色散點(diǎn)。研究表明,光纖在1373nm到1627nm的254nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)取得0±3.4ps/nm/km以內(nèi)的近零色散平坦。在通信窗口1550nm波長(zhǎng)處,非線性系數(shù)達(dá)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(shí)際制作工藝考慮,分析了空氣孔結(jié)構(gòu)偏離對(duì)光纖特性的影響。研究結(jié)果顯示,在結(jié)構(gòu)參數(shù)偏離3%以內(nèi)時(shí),光纖仍能保持設(shè)計(jì)特性。 2.提出一種As2Se3基摻鍺芯紅外區(qū)雙零色散點(diǎn)的高非線性光子準(zhǔn)晶光纖。光纖在2-5.5μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有兩個(gè)零色散點(diǎn),非線性系數(shù)最高可以達(dá)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(duì)基模模場(chǎng)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(shí)對(duì)色散進(jìn)行有效的調(diào)整。 3.提出一種ZBLAN氟化物玻璃基的高雙折射光子準(zhǔn)晶光纖,雙折射高達(dá)10-2量級(jí)。光纖的雙折射比普通保偏光纖高出兩個(gè)數(shù)量級(jí),達(dá)到橢圓孔微結(jié)構(gòu)光纖的雙折射量級(jí),但比橢圓空氣孔在工藝上較易于實(shí)現(xiàn)。研究結(jié)果表明,光纖可在1800nm到2200nm的400nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)保持單模傳輸特性。尤其是在2μm波長(zhǎng)處,雙折射B=2.42×10-2,限制損耗小于2.24×10-4dB/m。據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研所知,此高雙折射光纖為2μm波段雙折射首次達(dá)到10-2量級(jí)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(jié)構(gòu)的高雙折射ZBLAN光子準(zhǔn)晶光纖。運(yùn)用四個(gè)較大的空氣孔形成內(nèi)芯,通過芯區(qū)空氣孔的尺寸和空間的矩形分布對(duì)模場(chǎng)進(jìn)行調(diào)制。數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明,通過合理的設(shè)計(jì)包層結(jié)構(gòu),光纖在兩微米波長(zhǎng)處保持單模傳輸特性,雙折射高達(dá)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(guān)原子問對(duì)勢(shì)參數(shù),通過分子動(dòng)力學(xué)方法得到非晶態(tài)SiO2的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),計(jì)算得出的短程作用結(jié)構(gòu)參數(shù)和前人報(bào)道的實(shí)驗(yàn)及理論值相符。同時(shí),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(dòng)熵等熱力學(xué)性質(zhì)。另外,分析得到了摻鍺非晶SiO2結(jié)構(gòu)在不同摻雜情況下的穩(wěn)定微觀結(jié)構(gòu)。摻鍺非晶SiO2其微觀結(jié)構(gòu)是以鍺原子易于占據(jù)遠(yuǎn)離中心的位置且彼此之間以最遠(yuǎn)的距離分布為特點(diǎn)。和金屬化合物或者晶體摻雜系統(tǒng)的結(jié)果相反,非晶Si02的鍺摻雜,降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：光子準(zhǔn)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(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(zhǔn)晶光纖13-21
• 1.2.1 光子準(zhǔn)晶體13-14
• 1.2.2 光子準(zhǔn)晶光纖14-20
• 1.2.3 光子準(zhǔn)晶光纖的制備方法20-21
• 1.3 石英光纖微觀機(jī)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?jī)?nèi)容27-30
• 2 具有特殊色散特性的高非線性光子準(zhǔn)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(zhǔn)晶光纖的數(shù)值簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)與及重要性能參數(shù)39-40
• 2.3.2 結(jié)構(gòu)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(diǎn)的高非線性PQF44-52
• 2.4.1 傳統(tǒng)型結(jié)構(gòu)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(diǎn)高非線性PQF52-61
• 2.5.1 光纖結(jié)構(gòu)52-53
• 2.5.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響53-58
• 2.5.3 摻鍺芯的影響58-61
• 2.6 小結(jié)61-64
• 3 新型高雙折射光子準(zhǔn)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(jié)構(gòu)65-66
• 3.2.2 數(shù)值模擬與結(jié)果分析66-71
• 3.3 芯區(qū)帶四個(gè)小空氣孔的高雙折射PQF71-78
• 3.3.1 光纖結(jié)構(gòu)71-72
• 3.3.2 數(shù)值分析結(jié)果72-78
• 3.4 具有高非線性特性的高雙折射PQF78-83
• 3.4.1 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)79
• 3.4.2 數(shù)值優(yōu)化過程79-83
• 3.5 小結(jié)83-86
• 4 石英基光纖微觀機(jī)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(shì)理論87-89
• 4.2.2 陳氏晶格反演獲得原子間作用勢(shì)89-90
• 4.2.3 晶格振動(dòng)的計(jì)算方法90-91
• 4.2.4 光學(xué)性質(zhì)91-93
• 4.2.5 非晶SiO_2的結(jié)構(gòu)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(xué)性質(zhì)95-97
• 4.3.2 非晶SiO_2的力學(xué)性質(zhì)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(jié)構(gòu)特性99-100
• 4.4.2 聲子態(tài)密度與熱力學(xué)性質(zhì)100-102
• 4.4.3 光學(xué)特性102-104
• 4.5 小結(jié)104-106
• 5 結(jié)束語106-110
• 5.1 本論文的主要研究?jī)?nèi)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(xiàn)110-120
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果120-124
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集124

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李朝陽;于麗;張曉光;楊伯君;;采用全矢量有限元法設(shè)計(jì)光子晶體光纖[J];光電子.激光;2007年01期

2 李進(jìn)延;彭景剛;蔣作文;陳偉;李海清;羅文勇;;高非線性光子晶體光纖的研究及應(yīng)用[J];光通信研究;2008年04期

3 鄭龍;張霞;任曉敏;馬會(huì)芳;施雷;王亞苗;黃永清;;Dispersion flattened photonic crystal fiber with high nonlinearity for supercontinuum generation at 1.55 μm[J];Chinese Optics Letters;2011年04期

4 王艷梅;薛文瑞;張文梅;;改進(jìn)的八重準(zhǔn)光子晶體光纖的色散特性研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2009年06期

5 李曉青;張書敏;李丹;趙光貞;張志君;楊振軍;龐兆廣;;光子晶體光纖中超連續(xù)譜產(chǎn)生的理論與實(shí)驗(yàn)研究[J];光子學(xué)報(bào);2008年09期

6 喻洪波,廖延彪,靳偉,何海律;光纖化的氣體傳感技術(shù)[J];激光與紅外;2002年03期

7 ;The polarization-dependent supercontinuum generation in photonic crystal fibers with high birefringence and two-zero dispersion[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2012年02期

8 殷建玲;黃旭光;劉軍;;二氧化硅介質(zhì)柱構(gòu)成的8重準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)光子晶體的傳輸特性[J];激光雜志;2010年06期

9 殷建玲;黃旭光;劉頌豪;;結(jié)構(gòu)無序?qū)?重準(zhǔn)晶光子晶體帶隙特性的影響[J];中國(guó)激光;2007年08期

10 曹鳳珍;張培晴;戴世勛;王訓(xùn)四;徐鐵峰;聶秋華;;用于產(chǎn)生超連續(xù)譜的硫系光子晶體光纖的色散特性[J];紅外與激光工程;2014年04期

，

本文編號(hào)：908965