光子晶體光纖

1、關(guān)于光子晶體光纖第一張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月主要內(nèi)容歷史背景及發(fā)展現(xiàn)狀 基本概念光子晶體光纖的色散特性研究總結(jié) 第二張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月一 歷史背景及發(fā)展現(xiàn)狀 光子晶體光纖是近年來出現(xiàn)的一種新型光纖，這種光纖通常由單一介質(zhì)構(gòu)成并由在二維方向上緊密排列而在軸向保持結(jié)構(gòu)不變的波長量級的空氣孔構(gòu)成微結(jié)構(gòu)包層。光子晶體光纖呈現(xiàn)出許多在傳統(tǒng)光纖中難以實現(xiàn)的特性，因而受到了廣泛關(guān)注并成為近年來光學與光電子學研究的一個熱點。第三張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月不同結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖ACDEGI第四張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月研究成果1996年,

2、英國南安普頓大學光電研究中心和丹麥技術(shù)大學電磁系首先成功制備出 PCF。2001年,英國 Bath大學 Wads worth等人實現(xiàn)了雙包層光子晶體光纖結(jié)構(gòu)。2003年 1月 ,Wads worth等人利用大模面積空氣包層 PCF研制的高功率 PCF激光器2004年,Blaze曾發(fā)布了一款新型 PCF，可產(chǎn)生超連續(xù)光譜 ,這種光譜可在單模光纖中產(chǎn)生一個寬帶輸出 ,光譜亮度超過太陽 10000倍2005年,英國 Bath大學 A. Ortigosa和 B lanch等人用 200fs的泵浦脈沖在 PCF中產(chǎn)生了超連續(xù)譜2006年,澳大利亞悉尼大學的 A. Argyr os等人拉制出了聚合物材料的

3、空氣傳導(dǎo)光子帶隙光纖2007年,張明明、 馬秀榮等人設(shè)計了一種高雙折射光子晶體光纖第五張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二 基本概念1 光子晶體2 光子晶體光纖第六張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月光子晶體光子晶體是由不同折射率的介質(zhì)周期性排列而成的人工微結(jié)構(gòu)。在周期性介質(zhì)中，電場E滿足麥克斯韋波動方程 (2-1)在周期性勢場中，電子的波函數(shù) 滿足薛定愕方程： (2-2)可以看出，方程(2-1)與(2-2)的形式完全相似. 在周期性勢場中只能取本征值，因此， 在周期性介電晶體中也只能取某些特征值第七張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月光子晶體光纖 光子晶體光纖又名微結(jié)構(gòu)光

4、纖(Microstructured optical fiber，MOF)或多孔光纖 (Holeyfiber，HF)，它通過包層中沿軸向排列的微小空氣孔對光進行約束，從而實現(xiàn)光的軸向傳輸。獨特的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，使得光子晶體光纖與常規(guī)光纖相比具有許多無可比擬的傳輸特性。第八張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月光子晶體光纖的導(dǎo)光原理 全內(nèi)反射型 PCF導(dǎo)光原理 周期性缺陷的纖芯折射率 (石英玻璃 )大于周期性包層折射率 (空氣 ) ,從而使光能夠在纖芯中傳播. 光子帶隙型 PCF導(dǎo)光機理 在空芯 PCF中形成周期性的缺陷是空氣,空氣芯折射率比包層石英玻璃低 ,但仍能保證光不折射出去. 第九張，PPT

5、共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月光子晶體光纖的主要特性 a.無截止單模b.靈活的色度色散c.良好的非線性效應(yīng) d.高雙折射效應(yīng) 第十張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月三 光子晶體光纖的色散特性研究1 色散及其原理 2 光子晶體光纖色散 3 光子晶體光纖色散補償研究 第十一張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月色散及其原理 色散是由于光纖中所傳送信號的不同頻率成分或不同模式成分的群速度不同 ,而引起傳輸信號畸變的一種物理現(xiàn)象。 在光纖中 ,脈沖色散越小 ,它所攜帶的信息容量就越大。脈沖在單模光纖中的傳輸基本方程為：(3-1)當 時， 可忽略不計。求解方程得： (3-2)單模光纖單位長

6、度的色散量可以由下式得出： (3-3)第十二張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 式中 , c為光速;V 為光纖傳輸?shù)臍w一化頻率; b為歸一化傳輸常數(shù)。式(3-3)等號右邊第 1 項決定于材料折射率,稱之為材料色散;第2項由于與光纖波導(dǎo)性能有關(guān), 稱之為波導(dǎo)色散。普通單模光纖在1550 nm 窗口的色度色散系數(shù)約為16 ps/ (nm km) ,傳輸 100 km 后色散可達到1600 ps/ nm。而對于10 Gbit / s系統(tǒng),它的最大色散容限是1 000 ps/ nm。第十三張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月光子晶體光纖色散與傳統(tǒng)光纖在可見光波段呈現(xiàn)正常色散不同，光子晶體

7、光纖由于包層的空氣孔結(jié)構(gòu)使得芯層和包層的折色率之差增大，從而極大的增強了波導(dǎo)色散的作用，使得波導(dǎo)色散可以為反常色散. 第十四張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月此外通過結(jié)構(gòu)的改變，很容易將光子晶體光纖的零色散點調(diào)至到所需要的波長。通過適當設(shè)計空氣孔的參數(shù)，還可以在極寬的波段內(nèi)具有平坦色散且寬帶平坦色散曲線的中心波長可移。具有平坦色散的光子晶體光纖第十五張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月光子晶體光纖色散補償研究 近年來，隨著高速光通信系統(tǒng)的發(fā)展，對系統(tǒng)進行色散補償和色散管理越發(fā)必要。目前的色散補償技術(shù)有惆啾光纖光柵，色散補償濾波器，高階模光纖和已經(jīng)商用的色散補償光纖。隨著光子晶體光

8、纖的提出，由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活可控，光子晶體光纖成為研制新型色散補償光纖的一個重要手段。第十六張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月色散補償原理 用下標1代表待補償光纖，下標2代表色散補償光纖.L代表光纖長度，D為色散系數(shù)，S代表色散斜率.在某一波長處，色散補償?shù)臈l件為:將D和S寫成波長 的函數(shù)，為的是強調(diào)色散系數(shù)和色散斜率均是該波長處的相應(yīng)值。由(3-4)式可定義一個新的參數(shù)，稱為相對色散斜率： (3-4)(3-5)當兩種光纖的相對色散斜率在該波長處相等時，該波長處的色散可被完全地補償 第十七張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月色散補償光子晶體光纖 光子晶體光纖在色散補償方面蘊藏著巨

9、大潛力，國內(nèi)外對光子晶體光纖色散補償特性做了大量的數(shù)值研究。到目前為止，色散補償光子晶體光纖的設(shè)計主要是通過改變空氣孔的大小和排列順序，或者通過摻雜纖芯來實現(xiàn) 理論設(shè)計的色散補償光子晶體光纖的橫截面示意圖 等效折射率分布 第十八張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月色散補償光子晶體光纖的色散曲線圖 注意到該光纖是基于純二氧化硅材料設(shè)計，沒有任何摻雜，可實現(xiàn)的色散值要比傳統(tǒng)摻雜的DCF要高得多。這充分說明了色散補償光子晶體光纖的色散潛力 第十九張，PPT共二十二頁，創(chuàng)作于2022年6月四 總結(jié) 光子晶體光纖的出現(xiàn)對于光纖及光纖通信光纖器件等領(lǐng)域是一個重大的突破。由于具有普通光纖所不具有的優(yōu)點，光子晶體光纖將會有非常廣泛的應(yīng)用前景，比如說超寬色散補償、光開關(guān)、光纖傳感、大功率光子晶體光纖激光器和非線性光學等等。但目前就光子晶體光纖來說，離廣泛使用還需要進行深入的研究。我們相信, 隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展, 光子晶體光纖的導(dǎo)光