单模单偏振光子晶体光纤及设计及其特性研究开题报告00002.ppt

LOGO LOGO 姓名：李慧 学号：导师姓名：李曙光 专业：光学 一. 介绍单模单偏振光子晶体光纤的研究背景及发展前景 二.单模单偏振光子晶体光纤的设计原理 三.拟研究的内容 四.研究方法步骤及措施 五.研究工作进度 目录 一. 介绍单模单偏振光子晶体光纤的研究背景及发展前景 由于光纤中两个偏振态的传输常数相差不大，很容易发生偏振模耦合和偏振模色散。因此外界微小的扰动就能改变光纤中信号的偏振状态。对于那些对偏振态十分敏感的光纤系统如光纤传感器，光纤激光器等，它们对偏振态有严格的要求。而单模单偏振光纤通过对光纤结构的精细设计引入足够高的双折射达到分离两个偏振态的目的，然后利用不同的截止波长来排除不需要的偏振状态。 在通信系统中应用光弧子的发展现状： （1）2003年Kunimasa Saitoh设计了一种慢轴模限制损耗为10-3dB/m， SPSM区域为180nm的单模单偏振光子晶体光纤。 （2）2005年燕山大学Ming-Yang Chen等对矩形晶格光子晶体光纤偏振损耗特性进行了研究，并提出了两种高双折射结构SPSM-PCF，使得基模两个偏振态的限制损耗差达到520dB/km。 （3）2007年Daru Chen等采用椭圆空气孔设计了一种高双折射SPSM-PCF,其结构。在350nm间计算获得单个偏振模的限制损耗达到0.1dB/km。 （4）2009年Lin An等设计了一种高非线性低色散SPSM-PCF。计算得到800nm处传导模限制损耗为3×10-6dB/m。但是，这种结构的光子晶体光纤实现低限制损耗、近零色散单偏振单模运转只能在800nm，而不在常用通信窗口1550nm处。 总结上述单偏振单模光子晶体光纤研究的主要进展，可以看出，未来单偏振单模光子晶体光纤的研究趋势就是，实现更大的单偏振单模运转区域，实现更低的损耗。 二.单模单偏振光子晶体光纤的设计原理 设计原理可以归为两类： （1）在纤芯附近引入双折射结构。这样就会使得基模的一个偏振态的有效折射率小于包层的有效折射率，由于这个模式不满足全反射定律不能在纤芯中传播，是个截止模式。与此同时另一个偏振态的有效折射率大于包层的有效折射率，这个模式满足全反射定律而能在纤芯中传播。所以这种方法就称作截止法。 （2）耦合法，这种方法主要是应用“谐振耦合理论”，在特定波长附近使得基模的一个偏振态模式与包层模或者包层高损耗区的模式满足“横向谐振耦合方程和条件”，这时相应偏振态的光场能量就会在纤芯和包层间震荡衰减。这个偏振模式相应的泄露损耗会显著增大而迅速衰减，这时另一个偏振模因不满足谐振条件而在纤芯中较低损耗传输，由此可以实现单偏振单模运转。 此文中，我们采用的是第一类设计原理。 用变量ncore来表示纤芯折射率，相应地用变量nclad来表示该结构中包层有效折射率，那么纤芯中传导模的有效折射率neff必定满足条件： 在某个波长处只有模式的x偏振态或y偏振态大于该波长处包层基空间填充模x偏振方向或y偏振方向的有效折射率时，该偏振态模式满足全反射条件才不会辐射到光纤包层中变成泄露损耗很高的辐射模式。如果小于就会因损耗过高而迅速衰减截止。 本文设计的光子晶体光纤有很高的双折射，两个偏振态的有效折射率曲线会有偏差，当其中一个小于基空间填充模有效折射率，而另外一个大于基空间填充模时，出现单模单偏振。 截止法设计单模单偏振光子晶体光纤的依据 （1） 三.拟研究的基本内容 1.设计硅基的光子晶体光纤，在通信波段实现单模单偏振。对设计的光纤结构进行数值模拟和理论上的解释并通过改变其结构不断优化，对光纤的性质进行探索和研究，并尝试将其应用在光纤器件中 d=0.8nm Λx=2nm Λy=1.2nm dA=0.8nm dB=1.6nm 2.设计一种非硅基的光子晶体光纤，对设计的光纤结构进行数值模拟和理论上的解释，通过对基底材料和光纤的结构的不断优化，对光纤的性质进行探索和研究实现更长单模单偏振的方法 四.研究方法步骤及措施 1.查找文献，了解本课题在国内外的研究现状 2.研读文献，掌握光子晶体光纤基础理论和单模单偏振出现的机理 3.利用有限元对设计的硅基和非硅基的光子晶体光纤进行模拟，并分析其各种特性 4.整理算出的数据，分析单模单偏振出现的区域及其所对应的通信波段 LOGO LOGO