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《光子晶體光纖的傳輸特性研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、畢業(yè)論文題目◆學生姓名：◆專業(yè)班級◆指導教師：光子晶體光纖的傳輸特性研究課題背景 研究內容論文主要工作總結與展望 致謝(請單擊箭頭選擇內容)課題背景隨著計算機的普及和互聯(lián)網的迅速發(fā)展，人們對信息的快速傳遞和網絡容量的需求量與日俱增。為了適應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、超長傳輸距離的方向發(fā)展，并逐步向全光網絡的方向演進。隨著WDM技術的廣泛應用，作為光網絡物理層面的光纖光纜的傳輸特性將極大地影響下一代網絡光通信系統(tǒng)的性能。目前，光通信系統(tǒng)的網絡容量和網絡性能受到傳統(tǒng)光纖的損耗、色散和非線性效應的限制和影響，人們開始尋求研制新型換代的光纖品種。
2、與傳統(tǒng)光纖相比，光子晶體光纖(PCF)是一種將光子晶體結構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，如無截止波長的單模特性、極低的理論損耗、可調的色散、良好的非線性及高雙折射特性等，故近年來PCF引起了國內外廣泛的關注，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域的一個研究熱點。研究內容◆1.空氣孔的不同結構引起的帶隙研究◆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中四波混頻效應的波長轉換研究論文主要工作●從光子晶體的概念出發(fā)，簡要闡述PCF的分類、特性及應用，分析目前被用來對PCF特性分析的各種理論模擬方法的優(yōu)缺點，同時
3、展望PCF的應用前景?！裰饕榻B了本文用于仿真計算PBG-PCF帶隙的平面波法（PWM）、超晶胞的概念，以及用于計算PBG-PCF波導色散和泄漏損耗的頻域有限差分法（FDFD）?！裢ㄟ^上一章對兩種數(shù)值模擬方法——平面波法、頻域有限差分法的詳細的理論推導，得到PCF帶隙計算理論?！駥崿F(xiàn)頻域有限差分方法對PCF色散特性傳輸特性的分析。●在前期工作的基礎上，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，得到一些新的結果?！袷褂瞄L度為25m的PCF，對PCF四波混頻效應的波長轉換進行研究分析，得到100nm的波長轉換帶寬
4、和-20dB的最大轉換效率。1.概念光子晶體光纖（PhotonicCrystalFiber）是在二維光子晶體纖維的長度方向上制造缺陷，從而能夠實現(xiàn)在垂直長度方向上限光，而在長度方向上導光的目的。2.分類PCF按導光機制分為兩種類型：全內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)光纖的導光機制一樣，這種結構是從等效觀點來說，就是包層的等效折射率比纖芯的折射率低，通過全反射原理導光。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隙中的光約束在纖芯中。在PBG-PCF中，光主要在空氣芯中傳播，
5、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)無截止單模特性；(2)良好的色散特性和零色散可調；(3)非線性效應。4.目前國內研究形勢近年來，我國對光子晶體光纖的研究相當重視，例如燕山大學在圓滿完成15年“863”計劃的特種光纖研制任務后，聯(lián)合清華大學、天津大學、北京郵電大學、南開大學等單位繼續(xù)在新的國家“863”計劃和“973”計劃的大力支持下，研制由三根以上帶有無序填充氣線石英介質光纖捆綁在一起的集束式復合PCF，利用在石英粉中摻雜高折射率介質制成真正意義的三維PCF。5.PCF的應用前景PCF的應用可涉及到通信、航空、微加工、空
6、間、成像、生物、印刷、軍事、醫(yī)藥、環(huán)境、制造業(yè)、石化等科技領域。其中，在光通信方面的應用涉及到高功率光的光纖傳輸、色散補償、白光源、波長變換器、多芯光纖耦合器、脈沖成型器、長時間作用的化學傳感器、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在飛秒激光技術領域的應用前景也無可估量。1.平面波法平面波法（PWM）是目前最流行的用來計算光子晶體帶隙結構的方法，該方法通過將電磁場在倒格矢空間以若干個平面波疊加的形式展開，從而將電磁場滿足的麥克斯韋方程組，化成本征方程，通過求解本征方程得到可傳播的光子本征頻率，進一步由各k值點可傳播的本征頻率得到帶隙結構。平面波法的優(yōu)
7、點是沒有引入假設條件，可以精確模擬PCF，編程簡單；缺點是當介電常數(shù)是頻率的函數(shù)時，沒有確定的本征方程，計算過程也相當復雜、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計算方法，通過將麥克斯韋旋度方程轉化為有限差分式而直接在時域進行迭代求解。通過建立時間離散的差分方程，在相互交織的網格空間中交替計算電場和磁場。它直接將隨時間變化的麥克斯韋方程組中時域旋度方程的微分式轉化為有限差分方程。利用Yee氏空間網
