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随着光纤激光器和光纤通信的广泛应用和发展,大模场光子晶体光纤成为了人们的研究热点。大模场光纤是解决光纤激光器功率提升面临的非线性效应及光纤损伤的一种最直接有效的途径。目前光纤激光器输出功率的迅速增长正是得益于大模场光纤的实现。因此,对具有单模传输,弯曲不敏感和大有效模场面积的光子晶体光纤的研究具有重大的意义。
本文主要运用多极法对大模场光子晶体光纤直光纤时的限制损耗进行模拟计算,同时通过有限元法对光纤的弯曲损耗和有效模场面积进行数值模拟,对光纤性能和光纤结构之间的关系进行研究分析。在此基础上,设计出了3种新型大模场光子晶体光纤。主要内容如下:
(1)我们对课题研究背景和意义,光子晶体光纤,大模场光纤和大模场光子晶体光纤的特性应用及发展做了简要介绍,并对分析时用到的数值方法多极法和有限元法做了介绍。
(2)我们研究了双层孔的大模场光子晶体光纤的模式传输特性。利用多极法和有限元法对限制损耗,弯曲损耗,单模传输,有效模场面积进行数值模拟计算。通过对计算结果和曲线图的分析,得出光纤这些传输特性和光纤孔直径的变化规律。
(3)我们研究了一种双包层环形结构的大模场光子晶体光纤,通过改变光纤的内层小孔的分布,大小和外层孔的尺寸,研究了这些参数对光纤单模传输,弯曲损耗,限制损耗的影响。通过数值模拟结构的分析给出较理想的一种大模场光子晶体光纤结构。
(4)利用非对称结构和泄露光纤的原理,我们提出了一种非对称超低弯曲损耗的单模传输大模场光纤,数值分析了该结构的光纤的传输特性,针对大模场光纤弯曲时存在模场面积的减小的问题,我们在纤芯中引入了低折射率介质柱,通过低折射率介质柱的折射率补偿,实现了对光纤的弯曲补偿。加入微结构芯后光纤仍能保持低弯曲损耗传输。最终得到了一种弯曲不敏感的单模传输大模场光子晶体光纤。