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Kagome光子晶体光纤是一种全空气孔结构的光纤,该光纤与其他光子晶体光纤不同之处在于不具有完整的光子带隙区,并且该带隙区不与中心大空气孔中基模的色散曲线相交,但光信号仍可以低损耗的在中心空气孔中传输。所以它具有许多独特的物理性质,如更大的传输带宽,基模能量不与空气壁内包层模交叠等。这使得Kagome PCF有着广泛的应用前景,如高功率激光脉冲传输,粒子引导和研究光与物质的相互作用。最近,这种光纤在THz的传输与环境气体检测方面的应用也越来越多。
然而Kagome PCF导光机制一直存在着争议,故本论文通过研究这种光纤的传输特性为导光机制的研究提供实验数据的支持。本论文主要研究了KagomePCF的损耗系数光谱,数值孔径和色散系数这三个传输特性,具体研究内容如下:
搭建了基于插入损耗法的测量系统,通过测量8m和2m的Kagome PCF透射光谱,计算得到近红外波长范围内的损耗系数光谱,在1840nm处损耗最大,为1.849dB,并通过均方根公式计算了1840nm处十次测量的标准误差,为0.1324dB。搭建了基于远场光强法测量原理的光纤数值孔径测量系统,测量了单模光纤和多模光纤数值孔径,得到实验结果分别为0.1419和0.2314,进行标准误差计算,结果为0.00381和0.0102,最后测量了Kagome PCF数值孔径,得到数值孔径为0.06727,标准误差为0.00762。搭建了基于全光纤马赫曾德干涉仪的色散测量系统,测量了单模光纤1520nm到1580nm范围内的色散系数光谱,得到1550nm处色散系数为17.1486ps/nm*km,计算了实验标准误差为0.2995ps/nm*km,并比较了实验测量值与出厂报告中的1550nm处色散系数(≤18ps/nm*km),最后测量了1450nm~1650nm范围内Kagome PCF色散系数曲线,得到1550nm处色散系数为1.5482ps/nm*km,计算实验标准误差为0.2137ps/nm*km。实验测量Kagome PCF传输特性之后,对色散系数和损耗系数进行了数值模拟,并比较了实验结果与理论模拟结果。
本文分为六个部分。第一章主要包括光纤的传输特性、光子晶体光纤简介和Kagome PCF简介三部分;第二章介绍Kagome PCF损耗特性测量;第三章介绍Kagome PCF数值孔径特性测量;第四章介绍Kagome PCF色散特性测量;第五章介绍Kagome PCF传输特性数值计算结果,并与前三章实验测量结果相比较;第六章是总结与展望。