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《光子晶體畢業(yè)設(shè)計(論文)》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文引言光子晶體光纖（PCF），又稱多孔光纖或微結(jié)構(gòu)光纖，以其獨(dú)特的光學(xué)特性和靈活的設(shè)計成為近年來的熱門研究課題。這類光纖是由在纖芯周圍沿著軸向規(guī)則排列微小空氣孔構(gòu)成，通過這些微小空氣孔對光的約束，實(shí)現(xiàn)光的傳導(dǎo)。獨(dú)特的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，靈活的制作方法，使得PCF與常規(guī)光纖相比具有許多奇異的特性，有效地擴(kuò)展和增加了光纖的應(yīng)用領(lǐng)域，因而成為目前國際上研究的熱點(diǎn)。在光纖激光器這一領(lǐng)域內(nèi)，PCF經(jīng)專門設(shè)計可具有大模面積且保持無限單模的特性，有效地克服了常規(guī)光纖的設(shè)計缺陷。以這種具有新穎波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和特性的光纖作為有
2、源摻雜的載體，并把雙包層概念引入到光子晶體光纖中，將使光纖激光器的某些性能有顯著改善。近年來，國內(nèi)外的很多大學(xué)和科研單位都在積極開展光子晶體光纖激光器的研究工作。目前，國外輸出功率達(dá)到幾百瓦的光子晶體光纖激光器已有報道。本文闡述了PCF的一些獨(dú)特優(yōu)越特性、導(dǎo)光原理及對光子帶隙導(dǎo)光型光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計，介紹了PCF的發(fā)展以及優(yōu)化設(shè)計。28內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文第一章光子晶體光纖概述§1．1光子帶隙型光子晶體光纖的理論進(jìn)展上個世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子技術(shù)幾乎進(jìn)入了人們生活的各個方面，人們對大規(guī)模集成電路
3、的微型化、高效化和穩(wěn)定性提出了更多、更高、更新的要求，而傳統(tǒng)的電子技術(shù)不能滿足高端前沿的發(fā)展需要。因此，人們把目光投向于光子技術(shù)，希望可以用光子取代電子來獲取、傳輸、存儲和處理信息。光子與電子相比有許多優(yōu)點(diǎn)，光子具有極快的響應(yīng)能力、極強(qiáng)的互連能力、極大的存儲能力和極高的信息容量，但是光子不能和電子一樣隨意控制，這使得光通信、光器件的研究和應(yīng)用難以取得進(jìn)步?？茖W(xué)家們正努力尋找一種新型光學(xué)材料使光子能被有效控制，結(jié)果光子晶體迅速成為研究焦點(diǎn)。1987年，E．Yablonovitch[1]研究在固體物理和電子學(xué)中抑制自發(fā)輻射
4、時，提出周期性結(jié)構(gòu)中某些特定頻率光的傳播在一個帶隙內(nèi)被嚴(yán)格禁止；幾乎同時S．John討論在特定的無序介質(zhì)超晶格中光子的局域性時，指出在規(guī)則排列的超晶格中引入某種缺陷，光子有可能被局限在缺陷中而不能向其它方向傳播。由此提出了光子晶體的概念，指出光子帶隙和光子局域是光子晶體的重要特征。直到1989年，Yablonovitch和Gmittern首次在實(shí)驗上證實(shí)了三維光子帶隙的存在，并指出當(dāng)兩種材料的折射率比足夠大時，才能得到完全光子禁帶，這一論斷后來被廣泛應(yīng)用到實(shí)踐中，成為得到光子禁帶的重要條件。此后物理界才開始大舉投入這方
5、面的理論研究和實(shí)際應(yīng)用，它完全不同于傳統(tǒng)利用全反射理論來引導(dǎo)光傳輸，而是利用光子禁帶，這樣給光通訊領(lǐng)域帶來了新的生機(jī)和活力。1999年國際權(quán)威雜志（Science）在預(yù)計所有學(xué)科研究趨勢時，將光子晶體方面的研究列為未來的六大研究熱點(diǎn)之一。28內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文1992年，Russell提出光子晶體光纖的概：它是包層為有序排列的二維光子晶體，纖芯為破壞了包層有序排列的缺陷，光被局限在缺陷中進(jìn)行傳播。1996年英國的Southampton大學(xué)研制成功了世界上第一根光子晶體光纖，這項研究成果給光通信和光研究領(lǐng)域注入
6、了新的活力，引起了全世界人們的普遍興趣。接下來短短的十年間里，光子晶體光纖的研究和應(yīng)用已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，并在（Science）和（Nature）雜志上多次有過相關(guān)報道，發(fā)表的論文數(shù)也是與日俱增。目前光子晶體光纖的研究重點(diǎn)有：理論模型的進(jìn)一步探討、結(jié)構(gòu)參數(shù)的理論計算、性能的模擬和測試、制作工藝的標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)驗室實(shí)驗和工程實(shí)際應(yīng)用技術(shù)的研討等。1998年英國Bath大學(xué)的J．C．Knight[2]等人研制成功了第一根光子帶隙型光子晶體光纖，包層具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的空氣孔，中心為空芯，光束在空芯中傳輸。光子晶體光纖根據(jù)導(dǎo)光機(jī)制
7、的不同可以分為全內(nèi)反射型光子晶體光纖(TIR—PCF)和光子帶隙型光子晶體光纖(PBG-PCF)。前者的導(dǎo)光原理與傳統(tǒng)光纖相似，都是基于全內(nèi)反射效應(yīng)，纖芯的折射率大于包層的有效折射率；而后者是利用光子帶隙效應(yīng)，它的纖芯是空氣，光場主要在氣芯中傳播，因而能夠打破傳統(tǒng)硅芯結(jié)構(gòu)光纖的限制，如損耗、非線性和可利用的傳輸窗口等。PBG—PCF這種新型光纖具有一系列傳統(tǒng)光纖無法比擬的特性如：極低的損耗保證了信號的長距離傳輸，極低的非線性效應(yīng)保證了信號的保真度，全波段的單模工作為系統(tǒng)提供了充足的信道資源，零色散波長的人為控制避免了信
8、號的相互串?dāng)_。這些特性除了可以用于光通信系統(tǒng)之外，還可以用于飛秒激光的壓縮與產(chǎn)生、高精度光學(xué)計量等領(lǐng)域，發(fā)展前景十分廣闊?！?.2光子晶體光纖PCF的結(jié)構(gòu)光子晶體的出現(xiàn)引起了對光子晶體光纖的研究。PCF包層中分布著一系列二維周期性排列的氣孔，光纖中的光波導(dǎo)基于部分或完全光子頻率禁帶的存在，把光局限在低折射率的缺陷中（比如空芯結(jié)構(gòu)）
