光子晶体光纤结构设计和特性研究

• 作 者: 李婧
• 机 构: 南开大学
• 出 处: 南开大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 光子晶体光纤 光纤结构设计 包层结构 氢氟酸填充腐蚀 导光特性 表面模

本文首先介绍了光子晶体光纤的产生和发展过程、导光机制、参数特性、理论分析方法、各种特性、制备方法以及典型的应用；随后对光子晶体光纤的包层结构及其对导光特性的影响进行了研究,提出了一种用氢氟酸填充腐蚀方法来改变光子晶体光纤的结构和导光特性的方法,并设计了几种具有新颖包层结构的光子晶体光纤；最后,研究了光子晶体光纤中的避免相交特性及其应用。主要内容包括：
1、介绍了一种全新的氢氟酸填充腐蚀方法及其在光子晶体光纤制造中的应用。通过在拉制好的光子晶体光纤空气孔中填充氢氟酸,可以改变其横截面结构,精度高于微米量级。这种方法作为对传统光纤拉制方法的补充,可以实现更多具有复杂结构的光子晶体光纤。同时,这种方法还可用于改变光子晶体光纤的导光性能。实验结果表明,随着腐蚀程度的加深,光子晶体光纤的泄露损耗和散射损耗不断减小,非线性系数明显提高,纤芯基模的有效折射率和包层的等效折射率相应减小,群速度色散也随之改变。另外,我们在实验中对一种经过电弧放电预处理的高双折射光子晶体光纤进行选择性填充腐蚀,明显提高了其双折射。通过这种方法,我们还得到了一种类似于双芯空心光子带隙光纤的结构,并探讨了从实芯光纤直接得到空芯光子带隙光纤在实验上的可能性。
2、首次提出了一种具有类六边形空气孔包层结构的带隙型光子晶体光纤,这种光纤可以利用氢氟酸填充腐蚀的方法在实验中实现。通过精确地控制氢氟酸腐蚀的过程,我们可以设计并制造出具有更复杂包层结构的光子晶体光纤。数值结果表明,这种光纤具有一些改善的带隙特性,并可以实现宽达500nm的导光带隙。利用类似的设计方法,我们还设计了另外两种具有新颖包层结构的带隙型光子晶体光纤。
3、介绍了光子带隙光纤和折射率引导型光子晶体光纤中由于纤芯基模与表面模的耦合造成的避免相交现象。并利用有限单元法和平面波展开法研究了空气孔光子带隙光纤中由于避免相交导致的大负色散的产生,以及温度、应力对避免相交和由此产生的大负色散的影响。