红外空心布拉格光纤损耗特性的研究-光学工程专业论文.docxVIP

南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学 科、专 业： 工 学 光学工程 研 究 方 向： 光通信与光波技术 作 者： 2009 级研究生 陈超 指 导 教 师： 陈鹤鸣教授 题 目：红外空心布拉格光纤损耗特性的研究 英 文 题 目：Loss characteristics of infrared hollow-core Bragg fiber 主 题 词：光子晶体，Bragg 光纤， CO2 激光传输，平面波展开法， 有限元法，缺陷，损耗 Keywords: Photonic Crystal,Bragg fiber,  CO2  laser transmission, Plane Wave Method (PWM), Finite Element Method (FEM), Defect, Loss 摘要 随着光纤技术的发展，光纤的传输波段从 2 ? m 以下的近红外区域逐渐向更长的中红外 甚至远红外区域发展。与普通光纤不同，红外光纤主要用于激光能量的传输。近几十年来， 人们在红外光纤领域展开了大量的理论研究工作，并逐渐开始实用化。目前，红外光纤在 医学及工业上的 CO2 激光能量传输和传感等领域已得到广泛应用。 本文通过比较分析材料的光学物理等特性，利用平面波展开法（PWM）对材料带隙进 行计算，为了获得一种适合于传输 10.6 ? m CO2 激光的 Bragg 光纤，选取了适合于传输 10.6 ? m CO2 激光的包层材料（ As2 Se3 / PEI ）并确定了其填充率（ f ??0.8 ）。然后采用基于全矢 量有限元法（FEM）的 COMSOL 软件进行仿真，对红外空心 Bragg 光纤的结构参数进行优 化，当结构参数为：纤芯内径 为150?m ，晶格周期为 7?m ，高低折射率材料厚度分别为1.4?m 和 5.6?m ，包层周期达到 20 层时，实现了其在 10.6 ? m 处的低损耗传输，损耗可降低到 5.14dB / km ，远远优于目前已达到的10dB / km 以下。 考虑到制作工艺的不完善性，本文分析了在包层中引入单个周期缺陷时对其损耗造成 的影响。仿真结果表明，在利用第二带隙导光且完整结构晶格周期为 ????7?m 的 Bragg 光 纤中，引入尺寸略大于晶格周期的缺陷有助于减小其在10.6?m 波长处的损耗，反之则会使 得损耗变大，而且缺陷越靠近纤芯影响越大。在靠近纤芯的第一层引入 ? ??7.18?m 的缺陷 对降低光纤损耗效果最明显。研究结果对于红外光纤的制作和应用具有重要意义。 关键词：光子晶体，Bragg 光纤， CO2 激光传输，平面波展开法，有限元法，缺陷，损耗 Abstract With the development of optical fiber technology, the transmission wavebands gradually become farther and longer, shifting from near-infrared region below 2 ? m to mid-infrared even far-infrared. Unlike ordinary optical fiber for signal transmission, infrared Bragg fiber is always using transferring laser energy. Recent decades, we have launched a large number of theoretical studies in the field of infrared fiber, and gradually turned into the practical applications.At present, it has already been widely used transferring the CO2 laser energy in medicine and industry, and sensor applications. In this paper, by comparing the materials optical and physical characteristics, and using the plane wave expansion method (PWM) to calculate the band gap, we select suitable materials ( As2 Se3 / PEI ) and fill rate ( f ??0.8 ) in ord