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《光子晶體光纖的傳輸特性研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、畢業(yè)論文題目◆學(xué)生姓名：◆專業(yè)班級(jí)◆指導(dǎo)教師：光子晶體光纖的傳輸特性研究課題背景 研究?jī)?nèi)容論文主要工作總結(jié)與展望 致謝(請(qǐng)單擊箭頭選擇內(nèi)容)課題背景隨著計(jì)算機(jī)的普及和互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，人們對(duì)信息的快速傳遞和網(wǎng)絡(luò)容量的需求量與日俱增。為了適應(yīng)這種海量信息的高速傳輸與交換，光纖通信系統(tǒng)正朝著超高速、超大容量、超長(zhǎng)傳輸距離的方向發(fā)展，并逐步向全光網(wǎng)絡(luò)的方向演進(jìn)。隨著WDM技術(shù)的廣泛應(yīng)用，作為光網(wǎng)絡(luò)物理層面的光纖光纜的傳輸特性將極大地影響下一代網(wǎng)絡(luò)光通信系統(tǒng)的性能。目前，光通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)容量和網(wǎng)絡(luò)性能受到傳統(tǒng)光纖的損耗、色散和非線性效應(yīng)的限制和影響，人們開始尋求研制新型
2、換代的光纖品種。與傳統(tǒng)光纖相比，光子晶體光纖(PCF)是一種將光子晶體結(jié)構(gòu)引入光纖中而形成的新型光纖。由于它具有很多奇異的特性，如無(wú)截止波長(zhǎng)的單模特性、極低的理論損耗、可調(diào)的色散、良好的非線性及高雙折射特性等，故近年來(lái)PCF引起了國(guó)內(nèi)外廣泛的關(guān)注，在近幾年里迅速發(fā)展成為光纖通信、光纖傳感和光電器件領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。研究?jī)?nèi)容◆1.空氣孔的不同結(jié)構(gòu)引起的帶隙研究◆2.PCF的模式傳輸特性研究◆3.PCF中非線性傳輸?shù)臄?shù)值研究◆4.在PCF中四波混頻效應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換研究論文主要工作●從光子晶體的概念出發(fā)，簡(jiǎn)要闡述PCF的分類、特性及應(yīng)用，分析目前被用來(lái)對(duì)PCF特性分析
3、的各種理論模擬方法的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)展望PCF的應(yīng)用前景?！裰饕榻B了本文用于仿真計(jì)算PBG-PCF帶隙的平面波法（PWM）、超晶胞的概念，以及用于計(jì)算PBG-PCF波導(dǎo)色散和泄漏損耗的頻域有限差分法（FDFD）。●通過(guò)上一章對(duì)兩種數(shù)值模擬方法——平面波法、頻域有限差分法的詳細(xì)的理論推導(dǎo)，得到PCF帶隙計(jì)算理論。●實(shí)現(xiàn)頻域有限差分方法對(duì)PCF色散特性傳輸特性的分析?！裨谇捌诠ぷ鞯幕A(chǔ)上，采用分步傅里葉法，數(shù)值模擬了在高階色散、高階非線性效應(yīng)影響下，飛秒激光脈沖在光子晶體光纖傳輸特性及頻譜演化情況，得到一些新的結(jié)果?！袷褂瞄L(zhǎng)度為25m的PCF，對(duì)PCF四波混頻效應(yīng)的波
4、長(zhǎng)轉(zhuǎn)換進(jìn)行研究分析，得到100nm的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換帶寬和-20dB的最大轉(zhuǎn)換效率。1.概念光子晶體光纖（PhotonicCrystalFiber）是在二維光子晶體纖維的長(zhǎng)度方向上制造缺陷，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在垂直長(zhǎng)度方向上限光，而在長(zhǎng)度方向上導(dǎo)光的目的。2.分類PCF按導(dǎo)光機(jī)制分為兩種類型：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）。TIR-PCF與傳統(tǒng)光纖的導(dǎo)光機(jī)制一樣，這種結(jié)構(gòu)是從等效觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，就是包層的等效折射率比纖芯的折射率低，通過(guò)全反射原理導(dǎo)光。PBG-PCF的包層的折射率，具有規(guī)則的周期性分布，從而利用光子帶隙原理把位于帶
5、隙中的光約束在纖芯中。在PBG-PCF中，光主要在空氣芯中傳播，因此最有可能得到極低的損耗。3.特性光子晶體光纖表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)光纖的特性，主要包括：(1)無(wú)截止單模特性；(2)良好的色散特性和零色散可調(diào)；(3)非線性效應(yīng)。4.目前國(guó)內(nèi)研究形勢(shì)近年來(lái)，我國(guó)對(duì)光子晶體光纖的研究相當(dāng)重視，例如燕山大學(xué)在圓滿完成15年“863”計(jì)劃的特種光纖研制任務(wù)后，聯(lián)合清華大學(xué)、天津大學(xué)、北京郵電大學(xué)、南開大學(xué)等單位繼續(xù)在新的國(guó)家“863”計(jì)劃和“973”計(jì)劃的大力支持下，研制由三根以上帶有無(wú)序填充氣線石英介質(zhì)光纖捆綁在一起的集束式復(fù)合PCF，利用在石英粉中摻雜高折射率介質(zhì)制成真正
6、意義的三維PCF。5.PCF的應(yīng)用前景PCF的應(yīng)用可涉及到通信、航空、微加工、空間、成像、生物、印刷、軍事、醫(yī)藥、環(huán)境、制造業(yè)、石化等科技領(lǐng)域。其中，在光通信方面的應(yīng)用涉及到高功率光的光纖傳輸、色散補(bǔ)償、白光源、波長(zhǎng)變換器、多芯光纖耦合器、脈沖成型器、長(zhǎng)時(shí)間作用的化學(xué)傳感器、模變換器、高雙折射型陀螺儀光纖、壓力和溫度傳感器等。此外，PCF在飛秒激光技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景也無(wú)可估量。1.平面波法平面波法（PWM）是目前最流行的用來(lái)計(jì)算光子晶體帶隙結(jié)構(gòu)的方法，該方法通過(guò)將電磁場(chǎng)在倒格矢空間以若干個(gè)平面波疊加的形式展開，從而將電磁場(chǎng)滿足的麥克斯韋方程組，化成本征方程，通過(guò)
7、求解本征方程得到可傳播的光子本征頻率，進(jìn)一步由各k值點(diǎn)可傳播的本征頻率得到帶隙結(jié)構(gòu)。平面波法的優(yōu)點(diǎn)是沒有引入假設(shè)條件，可以精確模擬PCF，編程簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是當(dāng)介電常數(shù)是頻率的函數(shù)時(shí)，沒有確定的本征方程，計(jì)算過(guò)程也相當(dāng)復(fù)雜、困難。2.頻域有限差分法頻域有限差分(FiniteDifferenceFrequencyDomain，F(xiàn)DFD)法作為一種主要的電磁場(chǎng)計(jì)算方法，通過(guò)將麥克斯韋旋度方程轉(zhuǎn)化為有限差分式而直接在時(shí)域進(jìn)行迭代求解。通過(guò)建立時(shí)間離散的差分方程，在相互交織的網(wǎng)格空間中交替計(jì)算電場(chǎng)和磁場(chǎng)。它直接將隨時(shí)間變化的麥克斯韋方程組中時(shí)域旋度方程的微分式轉(zhuǎn)化為有限差分
8、方程。利用Yee氏空間網(wǎng)
