光子晶體光纖的傳輸及色散特性研究.pdf

1、光子晶體是一種折射率按一定周期發(fā)生變化的微結構材料,光子晶體光纖是將光子晶體結構引入光纖中而成的新型光纖,其特點是包層排列有規(guī)則或隨機分布的波長量級的空氣孔,它以其特有的結構和性能,受到了廣泛關注并成為近年來研究的熱點。但光子晶體光纖結構的復雜性使得很難對其特性作簡單的解析分析,只能通過數值方法對其進行模擬分析。數值計算的結果,對于優(yōu)化甚至設計新系統(tǒng)都有不可替代的作用。
　　由于交變隱式時域有限差分法(ADI-FDTD)能清楚的模

2、擬光在光子晶體光纖中的傳播狀態(tài),且能夠在一定程度上擺脫關于時間步長穩(wěn)定性條件的限制,從而明顯地節(jié)省計算時間。本文利用ADI-FDTD分析光子晶體光纖的若干特性,論文的主要內容包括:
　　1從光子晶體的概念出發(fā),詳細闡述了光子晶體和光子晶體光纖的概念、分類、奇異特性、應用和制備技術。介紹了ADI-FDTD的計算迭代公式和吸收邊界。由于存在隨著時間步長的增大數值色散會相應增大的缺點,可以通過添加各向異性媒質來修正相速誤差,從而減少數值

3、色散。
　　2利用ADI-FDTD分析了有限周期一維光子晶體的光子禁帶及缺陷模的特性,通過物理分析,并與ADI-FDTD相比較,驗證了此方法在一維周期性光子晶體結構中的適用性和有效性。討論不同的結構參數對光子晶體反射特性產生的不同影響,選擇合適的結構或入射角度能夠獲得更合適的光子帶隙,通過數值計算分析了光波在包含缺陷的一維光子晶體中的傳播規(guī)律,與不包含缺陷的結構相比,在光子禁帶中形成缺陷模。從而為設計和制備一維光子晶體提供指導。<

4、br>　　3利用ADI-FDTD分析了二維光子晶體的特性,驗證了ADI-FDTD在計算帶隙型光子晶體光纖結構特性的適用性和有效性。并模擬了全內反射光子晶體光纖的模場分布,結果表明,一定結構的二維光子晶體可以將光波很好地限制在其缺陷波導中傳輸。通過調節(jié)光纖包層的空氣孔節(jié)距或空氣孔尺寸可以有效地調節(jié)光子晶體光纖的有效折射率、歸一化頻率、模場面積和色散特性,可以設計出在光通信波段具有接近于零色散的色散平坦光纖和色散位移光纖。
　　4提出

5、新型光子晶體光纖結構,對其模場分布和色散曲線進行了數值模擬。通過改變結構參數設計了在較寬頻段內零色散平坦的結構,這類結構的出現為光電子器件和全波通信光纖的研制開辟了新的思路。推導了二維包絡(Evenlope) ADI-FDTD UPML的迭代公式,并提出一種新的邊界離散方法,與ADI-FDTD UPML相比,改進后的Envelope ADI-FDTD UPML的時間步長可以取的更大,且能有效的修正相速誤差,從而減少數值色散,提高計算精度