非均匀光子晶体光纤光栅慢光的研究

【摘要】随着人类社会的高速发展,对信息量的要求也呈爆炸式增长,随之而来的是对通信网络容量需求的增长,而全光网络的发展使得大容量、高速化的通信网成为可能。目前,制约光网络发展的瓶颈之一便是全光交换网,而作为全光交换网关键技术之一的全光缓存技术便成为目前的研究热点之一。光纤光栅中的慢光技术因其实验条件简单、易集成模块化、可实现无畸变的光速减慢的脉冲传输等优点,在实际应用方面展现了诱人的前景。相比常规光纤光栅,光子晶体光纤光栅具有更优良的特性：更大的设计自由度、无限单模传输特性以及敏感的结构可调色散特性。而切趾和啁啾同样可以优化光栅的结构特性。非均匀光子晶体光纤光栅的出现为光栅慢光的研究打开了新的窗口。本文以改进的全矢量有效折射率法、祸合模理论和传输矩阵法为核心,建立了一套分析非均匀光子晶体光纤光栅慢光的方法。首先利用改进的全矢量有效折射率法分析了常规正六边形光子晶体光纤的截止特性和色散特性,然后结合耦合模理论分析了光子晶体光纤结构参量对光栅慢光的影响,最后引入传输矩阵法来分析高斯切趾和线性啁啾对其慢光特性的影响。以下是主要工作的概述：1.利用改进的全矢量有效折射率法分析光子晶体光纤。结果表明：常规六边形光子晶体光纤实现单模传输的条件为占空比d/A<0.4；增大空气孔直径d可以使常规六边形光子晶体光纤的第一零色散波长向短波长移动,而增大空气孔节距A可以使其色散第一极大值所在的波长向长波长方向移动。根据上述的研究结果,确立了光子晶体光纤的基础模型。2.以上述光子晶体光纤结构为基准,结合耦合模理论,通过微调光子晶体光纤结构发现：增大空气孔直径d可以增大光子晶体光纤光栅的群时延最大值,即减小其群速度最小值；在占空比d/A为定值时,减小空气孔节距A同样可以减小其群速度最小值。3.最后,结合传输矩阵法研究高斯切趾和线性啁啾对光子晶体光纤光栅慢光特性的影响。对于高斯切趾的光子晶体光纤光栅,当直流折射率△n较大时,随着切趾系数G的增大,群速度最小值与真空光速的比值V先减后增,这就意味着必然存在某个最佳切趾系数Gmin使得群速度最小值为极小值；然而当直流折射率△n较小时,V随着切趾系数G的增大逐渐增大。虽然线性啁啾并不能使光子晶体光纤光栅获得较小的群速度,但它可以使光栅的群速度产生一段线性良好的区域。
【作者】葛伟青；
【导师】侯尚林；
【作者基本信息】兰州理工大学，物理电子学，2014，硕士
【关键词】光子晶体光纤光栅；高斯切趾；线性啁啾；慢光；

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