光子晶体光纤偏振特性及其滤波器设计

• 作 者: 李慧
• 出 处: 燕山大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 光子晶体光纤 有限元法 双折射 色散 表面等离子体 偏振滤波 单偏振单模

由于光子晶体光纤具有灵活的材料选择及结构设计,它具有传统光纤所不具备的一些特有的光学性质,如强非线性效应、稀奇的色散特性、高双折射特性以及无截频单模传输特性等。但是由于制备成本高、引起损耗的因素较多,光子晶体光纤在远距离信号传输方面没有优势,人们将其研究及其应用的重点放在基于光子晶体光纤的小型光电子器件方面。本文设计了三种利用其偏振特性的单芯和双芯的光子晶体光纤,并利用这一特性实现偏振分束、偏振滤波及单模单偏振的功能。论文主要研究内容如下:首先,介绍了光子晶体光纤的研究背景及基本特性,概括了光子晶体光纤的主要理论研究方法,给出了基于表面等离子共振光子晶体光纤的理论基础。其次,依据正规波导横向耦合理论,采用有限元法设计了一种纤芯不对称双芯光子晶体光纤偏振分束器,分析了其传输特性及耦合特性。再次,设计了一种基于覆金孔不对称光子晶体光纤的偏振滤波器。采用有限元法数值模拟了其主要光学特性,通过调节其结构参数研究其在1.05μm和1.31μm处的滤波效果,还研究了改变覆金孔周围的对称性对两个偏振方向的影响,这是一种偏振滤波效应的新思路。最后,找到了一种单模单偏振光子晶体光纤的最优结构,并尝试利用三种不同基底材料在不同波段实现了单模单偏振操作。采用有限元法模拟其单偏振单模特性,分析其有效折射率及损耗随波长的变化关系,以此得到三种不同基底材料的单模单偏振区域。再分析椭圆孔以及y方向整体压缩对单模单偏振区域的影响。研究不仅包含了通信中常用的低损耗波段,还将单模单偏振波段扩展到中红外。这些对于中红外波段新型光子器件的研发具有一定的指导意义。