大间距kagome结构光子晶体光纤传输特性研究

来源 :宁波大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zjz_hi
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在研究低损耗空气芯光子晶体光纤的过程中,一种大间距Kagome结构空芯光子晶体光纤因其具有独特的光学性能,引起了研究者的广泛关注,但国内却几乎无任何相关文献报道。与普通带隙型空芯光子晶体光纤相比,这种光纤仅具有不完整的光子带隙,且与空气线(air line)不相交,但光仍可在空气芯中传输,同时具有宽通频带和较低的损耗,能满足在长波导光或宽带导光的应用需求,可以避免光子带隙型光子晶体光纤传输带宽窄、基模与界面模交叠及光泄漏较大等缺陷,且这种光纤易于制备,因此在高能量激光传输、气体传感器等方面具有很大的应用潜力。不久前,F.Couny等人又报道另一种大间距四方晶格空芯光子晶体光纤,这种光纤具有类似于Kagome结构光纤的导光特性与光学性能,因此这类光纤成为空气芯光子晶体光纤(HC-PCF)家族中的新成员。这种结构的光纤是目前国际上研究的热点,相关的文献近几年呈上升趋势,如对其导光机制的研究就提出了如低包层态密度理论、低重叠模场理论、高阶带隙理论等,因此它的导光本质在国际上仍有争议。另一方面,光子带隙型空芯光子晶体光纤的结构参数(如形状,大小,壁厚等)与其光学特性(如传输频带和传输损耗)之间的关系,已有较多研究。而结构参数对大间距Kagome晶格或四方晶格这类空芯光子晶体光纤的影响分析较少,有待深入研究。因此本文首先从理论上对比分析了光子带隙型光子晶体光纤和大间距Kagome结构型光子晶体光纤的带隙特性、导光原理以及衰减机制等;提出一种两层大间距Kagome型空芯光子晶体光纤模型,针对此种光纤复杂的包层折射率分布,采用全矢量有限元法,改变其不同的结构参数(如不同的纤芯参数,光纤结构大小),对这种光纤的传输特性进行数值模拟分析。结果表明某些纤芯尺寸会造成包层中的结构缺陷,易使纤芯基模、表面模以及包层模之间发生能量耦合,产生较大的损耗。而纤芯形状与壁厚的改变会引起表面模式的变化,从而影响发生在基模与表面模之间的反向耦合(anti-crossing)的位置和强度,使得光纤传输频带变窄和损耗变大,光纤结构大小的变化会引起玻璃支柱和空气孔间距的变化而导致损耗的改变。
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