本文關鍵詞：手性光子晶體光纖的模式特性　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：硅基單模單芯光纖信息傳輸能力已經(jīng)接近其物理極限,基于新材料、新結構以及新機制的新型光纖成為進一步提高單根光纖信息傳輸能力的一個必然的選擇。作為一類新結構光纖,光子晶體光纖具有設計的靈活性、可調控的雙折射、色散和非線性等特性,這在光通信、光傳感、激光器、光學集成等方面具有重要的應用。手性材料作為一種磁電耦合材料,對左、右旋圓偏振光響應不同,表現(xiàn)為旋光性,相應的會發(fā)生圓雙折射和圓二向色性。目前,已經(jīng)有了基于介電手性的光纖及光子晶體理論和實驗的部分研究,而手性光子晶體光纖的研究還比較少,特別是多芯的手性光子晶體光纖。因此,研究手性光子晶體光纖在理論和實踐方面是非常重要的。主要研究內容如下:發(fā)展了一種適用于研究二維手性光子晶體和光子晶體光纖的平面波展開法。在此方法中合理地忽略了場的縱向分量,把電磁場和所有周期性的材料參數(shù)都在倒晶格空間中展開,建立了一套包含手性項的本征方程。通過比較全矢量三維手性及非手性的平面波展開法,以及有限元法對二維光子晶體結構的模擬結果,證明了該方法比常規(guī)的二維平面波展開法是更加通用。在保證同樣計算精度的條件下,該方法具有節(jié)省計算時間和內存的優(yōu)點。分析了傳播常數(shù)、結構參數(shù)、手性強度,甚至結構擠壓對三角點陣的手性光子晶體的帶隙結構的影響。針對一類橢圓空芯的帶隙型手性光子晶體光纖,研究了手性強度和芯的橢圓度對導模強度、偏振及有效折射率的影響。發(fā)現(xiàn)結構不對稱性和介質的手性在導模的雙折射和偏振方面分別具有合作效應和競爭效應。分析了晶格常數(shù)、孔洞半徑、手性強度,甚至結構擠壓對光子晶體有效折射率的影響。研究了一類受到整體擠壓的實芯的折射率導引型的手性光子晶體光纖的模強度和偏振分布,以及導模的有效折射率、雙折射和偏振態(tài)。研究了結構的各向異性和手性的相互作用效應,以及手性起作用的波段。發(fā)現(xiàn)在短波區(qū)域手性效應強,長波區(qū)域結構的不對稱效應強。通過截止問題的研究,提出了具有超寬范圍的單模單圓偏手性光子晶體光纖的設計方案。提出了具有手性光子晶體結構的多芯光纖,分析了手性強度、芯集中度、芯局部結構參數(shù)對七芯手性光子晶體光纖前六個模式的強度、偏振分布以及偏振態(tài)、模有效折射率和模面積的影響。主要探究了手性強度和結構參數(shù)對各芯強度均勻化和偏振的作用,以及結構參數(shù)對各芯中光強的的調控。發(fā)現(xiàn)手性可以調節(jié)等同位置芯上強度,使得這些芯中強度都相等,并且這些模式變成了圓偏振模式;而等同位置芯上強度原來就等同的模式變成了一般的橢圓偏振模式,隨手性效應的增強,這些橢圓偏振的模式趨向于圓偏振。這都有助于開發(fā)適合于具有圓偏分復用和空分復用的新型光纖。
[Abstract]:Optical fiber information transmission capacity of silicon single core is approaching its physical limit, based on new materials, new structure and new fiber new mechanism has become an inevitable choice to further improve the single fiber information transmission capacity. As a kind of new structure of optical fiber, photonic crystal fiber has the flexibility of design, the birefringence can be controlled, dispersion and nonlinear characteristics, which in optical communication, optical sensing, laser has important applications in optical integration. Chiral materials as a magnetoelectric material, on the left and right circularly polarized light in response to different performance, the optical corresponding happens circular birefringence and circular dichroism two. At present, there have been the study of dielectric chiral optical fibers and photonic crystal theory and experiment based on the research of chiral photonic crystal fiber is still relatively small, especially chiral photonic crystal fiber core. Therefore, research Chiral photonic crystal fiber is very important in theory and practice. The main contents are as follows: the development of a suitable for the study of two-dimensional photonic crystals and chiral photonic crystal fiber plane wave expansion method. This method is reasonable to ignore the longitudinal component field, electromagnetic field and all periodic material parameters are carried out in reciprocal space, establish a set containing the eigenvalue equation. Through the comparison of a chiral and achiral chiral three-dimensional vector plane wave expansion method, the simulation results and the finite element method of two-dimensional photonic crystal structure, proved the method than the conventional expansion method of two-dimensional plane wave is more general in ensuring. Under the condition of the same precision, this method has the advantage of saving computation time and memory. The analysis of propagation constants, structural parameters, chiral strength, even chiral structure of extrusion photons on the triangular lattice The crystal band gap structure effect. For a class of elliptic hollow core bandgap type chiral photonic crystal fiber on the strength and the degree of chiral elliptic core of guided mode intensity, polarization effect and effective refractive index. It is found that chiral asymmetry structure and medium respectively has cooperative effect and competitive effect in double refraction the guided mode and polarization analysis. The lattice constants, pore radius, chiral intensity, and structure influence of extrusion on photonic crystal. The effective refractive index is studied for a class of integral extrusion solid core index guided type chiral photonic crystal fiber mode intensity and polarization distribution is, and the effective index guided mode rate, birefringence and polarization. The interaction effect of structural anisotropy and chiral, chiral and play a role in the band. In the short wavelength region of chiral effect, asymmetric effect of the regional structure. Through long wave Study on cut-off problem, put forward the mode with super wide range of single circular design of chiral photonic crystal fiber is proposed. The partial multi core fiber chiral photonic crystal structure analysis, chiral core strength, concentration, strength of core local structure parameters of seven core chiral photonic crystal fiber of the first six modes the polarization, distribution and polarization, the influence of effective index and mode area. Mainly discusses the strength and structure parameters on the chiral core strength uniformity and polarization effect, and the structure parameters on the regulation of the light intensity in the core. That can adjust the position of the core chiral equivalent strength, makes these core strength equal, and these patterns into circular polarization mode; and the equivalent position on the core strength is the same as the original model into a general elliptical polarization mode, enhanced with the effect, the elliptical polarization mode It tends to circularly polarized. This helps to develop a new type of optical fiber suitable for circular partial multiplexing and space division multiplexing.

【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN253;O734

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本文編號：1380715