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用于高功率飞秒光脉冲传输的单基模空心Bragg光纤

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景和研究意义

1.2 飞秒光脉冲传输技术的研究现状

1.3 空心Bragg光纤的研究现状

1.4 空心Bragg光纤传输飞秒光脉冲的优势

1.5 研究的主要内容以及章节安排

第二章 单基模空心Bragg光纤的理论基础

2.1 单基模空心B ragg光纤包层带隙导波原理

2.1.1 传输矩阵法的理论模型

2.1.2 传输矩阵法分析单基模空心Bragg光纤包层带隙结构

2.2 单基模空心Bragg光纤包层参数对带隙的影响

2.2.1 λ/4膜厚结构对带隙的影响

2.2.2 不同折射率比对带隙的影响

2.2.3 不同周期数对带隙的影响

2.3 单基模空心Bragg光纤的设计指标

第三章 用于高功率飞秒光脉冲传输的单基模空心Bragg光纤

3.1 引言

3.2 单基模空心Bragg光纤参量的设置

3.2.1 单基模空心Bragg光纤单基模传输条件

3.2.2 包层周期数对单基模传输损耗影响

3.2.3 色散特性的优化

3.3 单基模空心Bragg光纤传输特性分析

3.4 结论

第四章 基于包层缺陷层的单基模空心Bragg光纤的色散调节技术

4.1 引言

4.2 单基模空心Bragg光纤模式重叠特性分析

4.2.1 包层缺陷模的产生条件

4.2.2 单基模空心Bragg光纤模式叠加原理

4.3 单基模空心Bragg光纤包层缺陷层参量的分析

4.3.1 低折射率包层缺陷层的分析

4.3.2 中折射率包层缺陷层的分析

4.3.3 高折射率包层缺陷层的分析

4.3.4 包层缺陷层Bragg光纤单基模传输带宽分析

4.4 结论

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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摘要

单基模空心Bragg光纤是一种新型的光子带隙导光光纤,具有独特的一维光子晶体包层结构。不同于传统光纤,单基模空心Bragg光纤具有单基模传输、低损耗、大带宽和色散可控的特性。在光通信,光纤传感以及飞秒脉冲传输领域中有着很大的应用潜力。
  本文针对高功率飞秒光脉冲很难在传统光纤中传输的情况,设计了一款用于高功率飞秒光脉冲传输的单基模空心Bragg光纤。首先基于传输矩阵法深入研究单基模空心Bragg光纤包层的带隙特性选择了制作光纤的材料,接着利用仿真软件FDTD Solutions分析了光纤各结构参数对传输模式的影响,并对传输特性进行了分析。经全带宽扫描可知,该款单基模空心Bragg光纤通过波导结构参量的合理设计,使得传输的带宽达100nm,传输损耗可低于2.3dB/Km,完全满足了100fs光脉冲的传输要求。随后,通过在光纤包层中引入缺陷层的方法对单基模空心Bragg光纤的色散进行了优化,分析总结了基于包层缺陷层单基模空心Bragg光纤的色散调节技术,有效调控了该款光纤的色散,使单基模空心Bragg光纤在工作波长1.55μm处出现负色散,甚至是零色散。
  主要内容如下:
  1.基于传输矩阵法深入研究单基模空心Bragg光纤包层的带隙特性,在此基础上讨论了高低折射率层的厚度,不同折射率比和不同周期数对单基模空心Bragg光纤包层带隙特性的影响,总结归纳了单基模空心Bragg光纤的设计指标。
  2.利用光学软件FDTD Solutions分析单基模空心Bragg光纤的纤芯半径、高低折射率层的折射率比和周期数对单基模传输的影响,并对基模的传输特性进行了深入分析,讨论了基模的带宽、色散和损耗特性。在上述工作的基础上,设计了一款用于高功率飞秒光脉冲传输的单基模空心Bragg光纤,但是此款单基模空心Bragg光纤在1.55μm处具有很大的正色散。
  3.针对单基模空心Bragg光纤具有很大的正色散以至于无法长距离传输光脉冲的问题,深入研究包层缺陷模与基模相互交叠的物理机理,探讨归纳了基于包层缺陷层单基模空心Bragg光纤的色散调节技术。基于上述色散调节技术,获得了中心工作波长在1.55μm处,大带宽、低损耗、负色散甚至零色散的空心单基模Bragg光纤。

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