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《光子晶體光纖寬帶色散補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)和優(yōu)化》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、光子晶體光纖寬帶色散補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)和優(yōu)化摘要：應(yīng)用于寬帶色散補(bǔ)償?shù)墓庾泳w光纖的設(shè)計(jì)通過(guò)采用基于一個(gè)嚴(yán)格的向量求解的模態(tài)特性和一個(gè)擴(kuò)展方法組合的改進(jìn)的設(shè)計(jì)模型來(lái)研究色散特性。新設(shè)計(jì)的PCF顯示展示大型正常色散474.5ps/納米/公里,近常規(guī)色散補(bǔ)償光纖的5倍,超過(guò)0.05ps/納米/公里的傳統(tǒng)補(bǔ)償單模光纖一個(gè)236納米的波長(zhǎng)范圍。此外,這種設(shè)計(jì)模型和方法還可以應(yīng)用于設(shè)計(jì)其他基于色散設(shè)備，如色散扁平纖維和色散轉(zhuǎn)移纖維。關(guān)鍵詞：寬帶色散補(bǔ)償，色散補(bǔ)償，全矢量有限差分模型，光纖色散，光子晶體光纖一、引言通常基于摻雜硅的若波導(dǎo)的單模光纖(c
2、sf)可以定制展示各種理想的模態(tài)特性的角度減少或增加、色散和領(lǐng)域監(jiān)禁。由于橫截面的小指數(shù)，補(bǔ)償光纖的模態(tài)特性不能明顯的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)有效寬帶色散補(bǔ)償。這一缺陷可能被設(shè)計(jì)的的橫截面由一個(gè)中央的高指數(shù)缺陷（或缺失的一個(gè)洞）在一個(gè)常規(guī)三角或六角舉證的氣孔如圖1所示。只有兩個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，即出氣洞的直徑和和俯仰角。PCF可以適應(yīng)獨(dú)特的和有用的模態(tài)特性的展品是由于強(qiáng)功能的波長(zhǎng)的包層。利用這些模態(tài)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上實(shí)際性的纖維設(shè)備，如這里所討論的光纖寬頻帶。使用PCF的色散補(bǔ)償?shù)倪@個(gè)想法第一次被提出是一個(gè)在空氣中的二氧化硅球心的簡(jiǎn)化模型為其提供的依據(jù)，為了
3、設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用的基于PCF的DCF，這樣一種明顯不偏離真是指數(shù)的簡(jiǎn)化模型可能是不夠得。而且，為了優(yōu)化色散，通過(guò)嚴(yán)格的向量求解來(lái)調(diào)查一種以不同色散參數(shù)組合的系統(tǒng)化的時(shí)尚色散是必要的。因此，改進(jìn)現(xiàn)有寬帶色散補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)，以探求PCF的潛力來(lái)獲得實(shí)際利益。圖1、由出氣洞的直徑d和撫養(yǎng)3定義的具有規(guī)律的三角形出氣洞矩陣的PCF的橫截面二、原理PCF的群速度色散或者簡(jiǎn)單的色散D可以通過(guò)在波長(zhǎng)范圍內(nèi)的基本模式的模式有效指數(shù)*直接計(jì)算出來(lái)。公式：***********其中c是真空中的光速，*為工作波長(zhǎng)，為了設(shè)計(jì)所要求的色散和利用PCF在色散大小的尺
4、度效應(yīng)，它的總色散*是計(jì)算幾何色散*之和和材料色散*的一階近似。公式*********其中*是硅的制約因子，大部分情況下，*=1，幾乎所有的能量都集中在高折射率的硅或者具有類似材料屬性的包層上。*可以被獲得無(wú)需考慮材料的色散（如硅的折射率你n=1.45）和直接通過(guò)塞米爾的三階公式求得。消除D1到D2的原因是D3幾乎被纖維材料的波長(zhǎng)依賴性所決定，因此這幾*的工程中不能被改變太多。另一方面，PCF的*是色散的緊密相關(guān)的結(jié)構(gòu),因此,可以明顯改變來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的特性*。通過(guò)適當(dāng)放大*，優(yōu)化的PCF結(jié)構(gòu)對(duì)于一些在某些特定波長(zhǎng)的色散在考慮*的情況
5、下可能很容易地得到。PCF的*可以通過(guò)下面的縮放公式來(lái)計(jì)算：公式：***********M是間距比(***)，N是空氣孔直徑比(***)。對(duì)于固定的空氣孔直徑比*,我們可以通過(guò)改變間距比M得到*的值，這就可以很容易得到縮放變換指數(shù)***。對(duì)于固定的間距，*可以通過(guò)下列多項(xiàng)式和余弦式的非線性系數(shù)A和B求出。公式：************************這里擬合系數(shù)：*****************************由于CSF的正色散和色散斜率，DCF對(duì)于DWDM的基本要求是在較快的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的拉德負(fù)色散和色散斜率。在
6、這里，我么假設(shè)一個(gè)光纖鏈路是有一個(gè)色散率為*長(zhǎng)度為L(zhǎng)1的CSF和一個(gè)色散率為*長(zhǎng)度為L(zhǎng)2的DCF組成，在一系列纖維上的有效色散補(bǔ)償可以寫成：公式：*************當(dāng)只考慮色散效應(yīng)，來(lái)彌補(bǔ)由DCF的色散在CSF的積累，必須滿足以下條件：公式：*******其中，R是光線的色散比，*是工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的中心波長(zhǎng)。此外，CDF色散的積累應(yīng)該在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)得到補(bǔ)償。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們假設(shè)兩種纖維的色散斜率*和*慢慢改變，由于寬帶DCF和CSF的線性性質(zhì)，這對(duì)他們是合理的。因此公式1和公式2。為了補(bǔ)償在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)色散的積累，應(yīng)該
7、滿足下面的條件：公式：*******************在上式中我們使用了式子（5）。結(jié)合（5）和（6)，一個(gè)用來(lái)判斷一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)色散補(bǔ)償滿意度的的新參數(shù)*被引入：公式：**************從（7）中明顯看出，一旦DCF的參數(shù)K，R的極大值或一些其他方面的限制達(dá)到要求，則DCF的設(shè)計(jì)就完成了?；谏鲜隼砟?，寬帶DCF的設(shè)計(jì)步驟如下：步驟一：根據(jù)在考慮一些制約條件下特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)DCF的一些所需色散特性，計(jì)算設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)（***************）。步驟二：隨著空氣孔徑d和間距*的變化，通過(guò)（3）中擴(kuò)展轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)
8、的最小化目標(biāo)函數(shù)和（2）中在不考慮*時(shí)的一階色散近似來(lái)優(yōu)化PCF。步驟三：對(duì)步驟二中的得到的優(yōu)化的PCF，在考慮*的情況下通過(guò)在特定波長(zhǎng)點(diǎn)嚴(yán)格的數(shù)值分析計(jì)算出PCF，這一步驟通過(guò)設(shè)置**、**和從（3c）到（3d）的相應(yīng)的系數(shù)A(N)和B(N)來(lái)更
