论文部分内容阅读
空芯光子晶体光纤(Hollow-core Photonic Crystal Fiber,HC-PCF)可以通过空气纤芯进行光传输,相比于传统实芯光纤,它具有低损耗、高损伤阈值和低非线性等独特优势。目前为止,空芯光子带隙光纤(Hollow-core Photonic Bandgap Fiber,HC-PBGF)是能够实现最低损耗光传输的空芯光纤。但是其散射损耗和纤芯模式与玻璃表面模式之间的模式耦合限制了它应用于光纤通信的超低损耗传输。最近,具有独特导光机制的空芯反谐振(Hollow-core antiresonance,HC-AR)光纤成为光纤领域的研究热点,与空芯光子带隙光纤相比,它具有更宽的传输通带、更低的传输损耗、模式纯度高以及高激光阈值损伤等特点,在数据通信、功率输送、非线性光学、弯曲传感以及中红外、紫外(UV)和太赫兹传输领域有着广泛的应用。因此,设计具有低损耗、宽带宽、单模性能良好的HC-AR光纤有着重要的科研应用价值。本论文利用有限元方法对HC-AR光纤的导光机制、特性及应用进行了系统性研究,主要研究内容如下:以简单的单环HC-AR光纤作为研究对象,利用反谐振反射光波导模型分析了HC-AR光纤的低损耗和能带形成的原因。此外,系统地分析了光纤的结构参数(管间隙、管壁厚度、纤芯直径、管个数以及嵌套管层数)对光纤传输特性的影响。通过数值模拟研究了各种HC-AR光纤在通信窗口中的损耗和带宽。设计提出了两种嵌套圆形和椭圆形反谐振管的5管HC-AR光纤,演示了光纤传输损耗和高阶模态如何受到几何结构和反谐振包层管数量的影响;并且对其弯曲损耗性能方面进行了分析。提出了三种在包层管中采用各向异性反谐振管的HC-AR光纤,通过优化谐振管的椭圆率,使得所设计的空芯光纤在通信波长1.55μm具有低损耗和单模传输能力;并与常规负曲率空芯光纤的限制损耗及高阶模式消光比等特性进行了对比。研究了保偏空芯光纤的传输特性,通过对y偏振方向上引入具有不同管壁厚度的嵌套管,分析了嵌套管厚度变化对光纤基模的限制损耗、双折射、偏振消光比的影响,对其制造公差进行了分析,并且与其他设计方案进行了对比。