高双折射率光子晶体光纤的研究进展

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双折射光子晶体光纤的设计及其特性的研究(精)

双折射光子晶体光纤的设计及其特性的研究英文题名 Design and Study on the Characteristics of Birefringence Photonic Crystal Fiber 关键词光子晶体光纤; 多极法;双折射; 耦合; 色散; 超连续谱; 英文关键词 Photonic crystal fiber; Multipole method; Birefringence; Coupling; Dispersion; Supercontinuum; 中文摘要近年来,光子晶体光纤由于其独特的特性受到了人们的广泛关注。

例如高双折射和偏振保持,奇异色散特性,高非线性,表面增强拉曼效应,大模面积等。

同时,应用光子晶体光纤可以得到许多高性能的光纤型光信号处理器件。

这使得光子晶体光纤成为国际上的研究热点之一。

首先,论文设计了一种双芯高双折射高耦合强度的光子晶体光纤,采用多极法和模式耦合理论对这种双芯光子晶体光纤的特性进行了分析。

与传统双芯光子晶体光纤相比,本文所设计的双芯光子晶体光纤的双折射度和耦合强度随着空气填充率的增加而增加。

因此,这种双芯光子晶体光纤把高双折射和高的耦合强度成功的结合在一起,双折射度达到10-2量级,这对于微型光子器件的研制具有重要意义。

其次,设计了一种改进的高双折射光子晶体光纤,用多极法研究了双折射、色散和限制损耗特性。

数值模拟显示,改进后的光子晶体光纤具有色散平坦的性质。

此外,双折射度比起初的光子晶体光纤大了很多。

并且由于改进后对模场的限制增强,光纤的损耗比起初光子晶体光纤小104倍。

这种改进的光子晶体光纤可以被用作高双折射和色散平坦光纤。

最后,研究了脉冲在双折射光子晶体光纤中的传输。

不同于以往所采用的双折射光子晶体光... 英文摘要 In recent years, photoniccrystal fiber (PCF) has become more attractive because of theirunique properties, such as high birefringence and polarization maintaining, singular dispersion characteristics, high nonlinearity, surface enhanced Raman Effect, large mode area and so on. PCF is a kind of novel optical fiber structure, which has revolutionized fiber optics and attracted extensive attentions. To begin with, a kind of dual-core high birefringence and high coupling degree PCF is proposed in this pap... 摘要 5-6 ABSTRACT 6-7 第1章绪论 11-19 1.1 课题的研究背景和意义 11-12 1.2 光子晶体光纤简介 12-13 1.2.1 折射率引导型光子晶体光纤13 1.2.2 光子带隙型光子晶体光纤 13 1.3 光子晶体光纤的特性 13-17 1.3.1 无截止单模传输特性 13-14 1.3.2 可调节的色散特性 14-15 1.3.3双折射特性 15 1.3.4 高非线性特性 15-16 1.3.5 极大或极小的有效模场面积 16-17 1.4 光子晶体光纤的研究现状 17-18 1.5 论文的研究内容和结构安排 18-19 第2章双芯高双折射光子晶体光纤的性质 19-33 2.1 引言19 2.2 基本理论与方法 19-22 2.3 数值结果及分析 22-32 2.3.1 双折射 23-25 2.3.2 耦合长度25-29 2.3.3 色散 29-32 2.4 本章小结 32-33 第3章改进的高双折射光子晶体光纤 33-39 3.1 引言 33 3.2 理论和模型 33-34 3.3 改进后光子晶体光纤的特性 34-38 3.4本章小结 38-39 第4章超连续谱在高双折射SF6 软玻璃光子晶体光纤中的产生及应用 39-55 4.1 引言 39 4.2 脉冲在光纤中传输的基本理论 39-44 4.2.1 光纤中脉冲传输的基本方程的推导 39-42 4.2.2 几种典型的脉冲波形 42-43 4.2.3 与脉冲传输特性有关的几个重要参数 43-44 4.3 数值模拟结果及分析44-50 4.3.1 SF6 光子晶体光纤的结构44 4.3.2 HBSF6-PCF 的特性 44-47 4.3.3 超连续谱的产生 47-50 4.4 超连续谱的应用 50-53 4.4.1 波形和群速度色散测量 51 4.4.2 超高速通信光源和全光解复用 51 4.4.3 脉冲压缩 51-52 4.4.4 光学相干层析技术 52 4.4.5 超连续谱在激光方面的应用 52-53 4.4.6 光学频率梳53 4.5 本章小结 53-55 结论 55-56 参考文献 56-63 3.4 本章小结 38-39 第4章超连续谱在高双折射SF6 软玻璃光子晶体光纤中的产生及应用 39-55 4.1 引言 39 4.2 脉冲在光纤中传输的基本理论39-44 4.2.1 光纤中脉冲传输的基本方程的推导 39-42 4.2.2 几种典型的脉冲波形 42-43 4.2.3 与脉冲传输特性有关的几个重要参数 43-44 4.3 数值模拟结果及分析44-50 4.3.1 SF6 光子晶体光纤的结构44 4.3.2 HBSF6-PCF 的特性 44-47 4.3.3 超连续谱的产生 47-50 4.4 超连续谱的应用 50-53 4.4.1 波形和群速度色散测量 51 4.4.2 超高速通信光源和全光解复用 51 4.4.3 脉冲压缩 51-52 4.4.4 光学相干层析技术 52 4.4.5 超连续谱在激光方面的应用 52-53 4.4.6 光学频率梳53 4.5 本章小结 53-55 结论 55-56 参考文献 56-63 3.4 本章小结 38-39 第4章超连续谱在高双折射SF6 软玻璃光子晶体光纤中的产生及应用 39-55 4.1 引言 39 4.2 脉冲在光纤中传输的基本理论39-44 4.2.1 光纤中脉冲传输的基本方程的推导 39-42 4.2.2 几种典型的脉冲波形 42-43 4.2.3 与脉冲传输特性有关的几个重要参数 43-44 4.3 数值模拟结果及分析44-50 4.3.1 SF6 光子晶体光纤的结构44 4.3.2 HBSF6-PCF 的特性 44-47 4.3.3 超连续谱的产生 47-50 4.4 超连续谱的应用 50-53 4.4.1 波形和群速度色散测量 51 4.4.2 超高速通信光源和全光解复用 51 4.4.3 脉冲压缩 51-52 4.4.4 光学相干层析技术 52 4.4.5 超连续谱在激光方面的应用 52-53 4.4.6 光学频率梳53 4.5 本章小结 53-55 结论 55-56 参考文献 56-63。

高双折射率光子晶体光纤

高双折射率光子晶体光纤——探究新时代通讯的未来随着人类社会的日益发展，信息交流的重要性愈加彰显。

而在通讯的领域中，光纤作为信息传输的主要媒介之一，也在不断地优化与升级。

本文将介绍一种新型的，并探讨其在未来通讯中的应用前景。

一、的概述简称 PBF，是一种新兴的光纤新技术。

它采用光子晶体的结构来制造纤芯，使得纤芯具备高度的双折射率，从而实现更好的光传输性能。

相比传统的光纤，能够实现更高的带宽和更低的损耗，这也使得它在现代通讯系统中备受青睐。

二、的优势1.高带宽：的纤芯结构采用了光子晶体的结构，同时也具有高度的双折射率，这使得它的带宽大大提升，理论带宽可达到10TB/s，比传统光纤要高出数倍，大大提高了信息传输速率。

2.低损耗：传统光纤在传输过程中也会有一些光信号的损耗，而的制作材料更加均匀，所以它在传输过程中的光信号损失要比传统光纤更小。

3.避免信号串扰：由于传统光纤的共振结构，不同波长的信号会在纤芯中相互干扰，从而出现信号串扰。

而采用的纤芯结构为全光子晶体结构，能够实现波长分离，防止信号串扰。

三、的应用前景1.通讯领域：传统的光纤已经被广泛应用于通讯领域，而的出现则进一步扩大了光通讯的应用范围。

如今的高速互联网或者5G 网络，需要更高效，稳定的信号传输， PBF光纤这种应用前景广阔的技术得到越来越多的厂商和生产商所关注和采用。

2.医疗领域：随着科技的不断发展，医疗领域的设备或手术也更加高效。

在手术过程中，激光切割术在一些领域得到了广泛的应用，如白内障手术、近视眼激光矫正、皮肤减脂等等。

而 PBF 光纤技术的出现为这些激光手术提供了更好的选择，使得激光能够更精准地指向患处。

3.工业领域：高校院所和工业界经过多年的研究，利用构建了一种新型的光纤激光切割设备，成为制造业中重要的加工工具之一，为制造业发展提供了新的动力。

总之，是新一代光纤技术中的代表之一，在未来的现代通讯中将扮演着越来越重要的角色。

它的广泛应用将进一步推动科技的进步和社会的发展。

光子晶体光纤的双折射和偏振耦合特性研究的开题报告

光子晶体光纤的双折射和偏振耦合特性研究的开题报告摘要：光子晶体光纤作为一种新型的光导纤维，由于其具备优秀的光学性能，已经在光通信、传感器、激光器等领域得到广泛的应用。

本文将主要研究光子晶体光纤的双折射和偏振耦合特性，明确其物理机制和影响因素，为其在实际应用中的调制和控制提供科学的依据和理论基础。

关键词：光子晶体光纤，双折射，偏振耦合，物理机制，调制和控制一、问题的提出随着信息技术的不断发展，对于传输、处理和存储信息的需求不断增加。

而光通信作为一种高速、大带宽的通信方式，正逐渐取代传统的电信技术。

其中，光子晶体光纤作为一种具备很多优秀性能的新型光导纤维，在光通信、传感器、激光器等领域得到了广泛的应用。

但是，光子晶体光纤的双折射和偏振耦合特性对其应用带来了一定的限制。

双折射会引起信号的偏移和扩散，偏振耦合会导致信号的损失和交叉干扰。

因此，深入研究光子晶体光纤的双折射和偏振耦合特性，明确其物理机制和影响因素，对其在实际应用中的调制和控制具有重要意义。

二、研究的目的和意义本文旨在研究光子晶体光纤的双折射和偏振耦合特性，明确其物理机制和影响因素，为其在实际应用中的调制和控制提供科学的依据和理论基础。

目的：1.探究光子晶体光纤的双折射现象及其物理机制。

2.研究光子晶体光纤的偏振耦合特性及其影响因素。

3.研究光子晶体光纤的调制和控制方法。

意义：1.为光子晶体光纤的应用提供重要的理论基础。

2.提高光子晶体光纤在光通信、传感器、激光器等领域的应用效率和性能。

3.对于新型光导纤维的研究具有借鉴意义。

三、研究的内容和方法研究内容：1.光子晶体光纤的结构及其光学特性。

2.光子晶体光纤的双折射现象及其物理机制的分析。

3.光子晶体光纤的偏振耦合特性及其影响因素的研究。

4.光子晶体光纤的调制和控制方法的研究。

研究方法：1.基于光学理论和数值模拟方法分析光子晶体光纤的结构和光学特性。

2.采用双折射和偏振分析技术，研究光子晶体光纤的双折射和偏振耦合特性。

一种高双折射大模场面积的光子晶体光纤

ｍｏｄｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａｌａｒｇｅｍｏｄｅ — ａｒｅａｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒｗｉｔｈｈｉｇｈｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｆｉｂｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｉｓｆｏｒｍｅｄｂｙｆｏｕｒｒｉｎｇｓｏｆｃｉｒｃｕｌａｒａｉｒｈｏｌｅｓｗｉｔｈｔｒｉａｎｇｕｌａｒｌａｔｔｉｃｅ，ａｎｄｔｈｅｆｉｂｅｒｃｏｒｅｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｅｌｌｉｐｔｉｃａｌｈｏｌｅｓｗｉｔｈｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｌａｔｔｉｃｅ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａ１ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｏｄｅ～ａｒｅａ，ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ，ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔｌｏｓｓ，ｂｅｎｄｉｎｇｌｏｓｓ，ａｓｗｅｌｌａｓｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｄｅｍｏｎ — ｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅｏｆ４．４７× １０～，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｏｄｅ－ａｒｅａｏｆ３７７ｕｍ，ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ１ＯＳＳｏｆ０．０８ｄＢ・ｋｍａｎｄａｌｌｏｗａｂｌｅｂｅｎｄｉｎｇｒａｄｉｕｓｏｆ０．１５６ｍａｔｔｈｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｏｆ１．５５Ｆｍｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｈｏｉｃｅｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ａｓｉｎｇｌｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒｗｉｔｈｌｏｗｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔｌｏｓｓｏｐｅｒａｔｉｎｇＯ～ｖｅｒｔｈｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｒａｎｇｉｎｇｆｒｏｍ１．３ｔｏ１．６８“ ｍｗａｓａｌｓｏｐｒｏｐｏｓｅｄｗｉｔｈｍｏｒｅｄｅｔａｉｌｅｄｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎｏｖｅｒ — ｃｏｍｅｓｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｓｕｃｈａｓｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｒｏｓｓｔａｌｋ，ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ，ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｏｓｓ．

《光子晶体光纤光栅折射率传感特性的研究》范文

《光子晶体光纤光栅折射率传感特性的研究》篇一一、引言随着现代科技的不断发展，光子晶体光纤（PCF）因其独特的物理和光学特性，在传感器技术领域得到了广泛的应用。

其中，光子晶体光纤光栅（PCF-Bragg Grating）作为一种重要的光学元件，具有高灵敏度、高分辨率以及良好的稳定性等优点，被广泛应用于折射率传感领域。

本文旨在研究光子晶体光纤光栅的折射率传感特性，为相关领域的研究和应用提供理论支持。

二、光子晶体光纤与光栅原理1. 光子晶体光纤（PCF）原理光子晶体光纤是一种基于光子晶体原理的光纤，其内部结构具有周期性排列的微结构。

这种结构使得光子晶体光纤在光传输过程中具有较低的损耗和较强的约束能力，可有效控制光的传播方向和模式。

2. 光栅原理光栅是一种具有周期性结构的衍射元件，其作用是将入射光束分解成多束衍射光束。

在光子晶体光纤中引入光栅结构，可形成光子晶体光纤光栅（PCF-Bragg Grating），其具有对特定波长或波长范围的光束进行选择性衍射的能力。

三、PCF-Bragg Grating折射率传感特性研究1. 实验原理与方法本研究采用PCF-Bragg Grating作为传感器元件，通过测量衍射光谱的变化来反映外界折射率的变化。

实验中，我们使用不同浓度的溶液作为折射率变化的介质，将PCF-Bragg Grating浸入不同浓度的溶液中，观察其衍射光谱的变化情况。

同时，我们还采用光谱仪等设备对衍射光谱进行精确测量和分析。

2. 实验结果与分析实验结果表明，当PCF-Bragg Grating浸入不同浓度的溶液中时，其衍射光谱发生了明显的变化。

随着溶液浓度的增加，衍射光谱的峰值波长逐渐发生红移或蓝移。

这一现象表明PCF-Bragg Grating的折射率传感特性具有良好的灵敏度和分辨率。

此外，我们还发现PCF-Bragg Grating的稳定性较好，能够在不同环境下保持较高的测量精度和可靠性。

为了进一步分析PCF-Bragg Grating的折射率传感特性，我们采用了多种数学方法对实验数据进行处理和分析。

具有高双折射光子晶体光纤特性分析与研究

具有高双折射光子晶体光纤特性分析与研究具有高双折射光子晶体光纤特性分析与研究摘要：光子晶体光纤作为一种新兴的光纤传输技术，在光通信、光传感等领域具有广泛的应用前景。

本文通过对具有高双折射特性的光子晶体光纤的研究与分析，从光纤的制备过程、光纤的传输特性、光纤的偏振相关特性等方面进行了深入的阐述与探讨。

1. 引言在光通信和光传感领域，光纤作为一种重要的传输介质，以其带宽大、传输损耗小等优势而备受关注。

传统的光纤具有单折射特性，然而在某些应用中，需要一种具有高双折射特性的光纤来满足特定的传输需求。

光子晶体光纤作为一种新型的光纤结构，在光传输中具有独特的优势，具有高双折射特性的光子晶体光纤更是引人注目。

2. 光子晶体光纤的制备过程光子晶体光纤的制备通常采用光纤拉制技术。

首先，通过高纯度的石英玻璃材料制备光纤的芯杆材料，然后通过拉伸和熔融等工艺形成一种具有周期性微结构的光子晶体结构。

制备过程中的参数调控直接影响光子晶体光纤的性能，例如芯杆材料的纯度、拉伸速度、拉伸温度等。

3. 光子晶体光纤的传输特性与传统的单模光纤相比，具有高双折射特性的光子晶体光纤在传输中表现出独特的特性。

首先，光子晶体光纤具有较大的模场面积，可以实现更低的非线性效应和更低的色散效应。

其次，光子晶体光纤具有高度的模式选择性，可以实现光波在特定频率范围内的选择性传输。

此外，光子晶体光纤还具有较低的损耗和高的带宽等优点。

4. 光子晶体光纤的偏振相关特性光子晶体光纤的偏振相关特性是其独特性能的重要组成部分。

具有高双折射特性的光子晶体光纤能够实现偏振保持和调控等功能。

通过调节光子晶体光纤的结构参数，可以实现对特定偏振模式的选择传输，实现偏振编码和解码等应用。

5. 应用前景与展望在光通信、光传感等领域，具有高双折射特性的光子晶体光纤具有广阔的应用前景。

其高度的模式选择性和低损耗特性使其在多通道传输、色散补偿等方面具备重要的应用潜力。

此外，光子晶体光纤还可以应用于光传感领域，通过光纤中的微小结构变化实现对环境参数的高灵敏度检测。

高双折射光子晶体光纤的特性研究

高双折射光子晶体光纤的特性研究作者：程集姚成宝孙文军来源：《科技资讯》2015年第07期摘要：为了提高光纤的双折射特性，利用石英作基质设计了基于六边形结构的光子晶体光纤，计算并分析了光子晶体光纤的双折射、色散、限制损耗、非线性折射系数等特性。

结果表明：波长越大，双折射越大，限制损耗越大，非线性折射系数越小。

当光纤结构为0.9μm，d为0.86μm，为0.58μm，为0.54μm时，该光纤在光波长为1.1μm处色散接近于零，双折射可达，限制损耗为56.72dB/m，非线性折射系数为64.4W-1km-1，可应用于近红外波段的光纤传感及超连续光谱产生。

关键词：光子晶体光纤高双折射色散非线性折射系数中图分类号：TN253 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（a）-0086-03Abstract：In order to improve the birefringence，the author designs a photonic crystal fiber based on hexagonal structure by using quartz as material，then calculates and analyses the birefringence，dispersion，loss and nonlinear coefficient of photonic crystal fiber.The result shows that：The birefringence and the loss are greater，then the nonlinear coefficient is smaller with increasing of wavelength.When its cladding air hole pitch is 0.9μm and large air hole diameter，air hole diameter of third ring，air hole diameter of first ring are 0.86μm，0.58μm and 0.5μm，the dispersion is close to zero at a wavelength of 1.1μm，and the loss is 56.72dB/m and the nonlinear coefficient is 64.4W-1km-1.The optical fiber sensor and supercontinuum spectrum which can be applied to the near infrared band will generate.Key words：Photonic crystal fiber；High birefringence；Dispersion；Nonlinear refraction coefficient1992年J.Russell等人最早提出了光子晶体光纤（PCF：Photonic Crystal Fiber）的概念，随后不同结构、不同特性PCF被相继报道[1-3]。

1.55μm高非线性高双折射光子晶体光纤

ｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３Ｏ００７２，Ｃｈｉｎａ；
３．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００８４，Ｃｈｉｎａ）
文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１４２２０３．０５８８
中图分类号：ＴＮ２５
Ｈｉｇｈｌｙｎｏｎｌｉｎｅａｒａｎｄｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒａｔ１．５５ｐｍ
＊Ｃ０ｒｒＰｓｏ ” ｇａｕｔｈｏｒ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｕｙｉｎｇ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｎｅｗｔｙｐｅｏｆｏｐｔｉｍｉｚｅｄＰｈｏｔｏｎｉｃＣｒｙｓｔａｌＦｉｂｅｒ（ＰＣＦ）ｗｉｔｈｈｉｇｈｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅａｎｄｈｉｇｈ精密工程
ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

光子晶体光纤研究

在１５ｎ５０ｍ处的非线性系数高达５０～．ｍ５ＷｋＪ。
隙效应，特定频率的光能够在由低折射率材料（固体玻璃、空气孔）成的纤芯中传播。组
这种高非线性的光子晶体光纤已经应用于光参量放大，全光信号处理，短孤子脉冲传输，连续谱的超超产生等方面，其研究成果大大的丰富了传统非线性
摘
要：光子晶体光纤以其灵活的结构设计和高非线性、平坦色散、高双折射等独特光学特性
吸引了越来越多的关注。简单介绍了光子晶体光纤的分类，导光机理，详细讨论了其相关光学
特性，最后介绍了光子晶体光纤的研究进展。
料组成的纤芯区域。由于其设计比较灵活，射率折
一
收稿日期：重庆市自然科学基金（０９Ｂ１６２０Ｂ２９）作者简介：王栋（９３一）男，１８，硕士研究生，主要研究方向为光纤通信。
１一８
导光。其导波模的有效折射率低于包层模，通过带
构的光纤，早在１９９６年就已经作为一种低损耗的波
导形式出现在实际应用中。自上个世纪８Ｏ年代末期Ｙｂｏｖｔａｌｉｈ的先驱性工作以来，ｎｃ世界上的众多研究机构已相继提出了多种空芯或实芯，有规则或具
Ａｓｒｃ：ＰｏｎｒｓｌｆｅＰＦ）ｈｖｔａｔｄｍｒａｄｍｒｉｔｅｔｂｃｕｅｏｈｂｔｔｈｔｉｃｔｉｒＣｓａｅａｒｃｏｅｎｏｅｎｅｓｅａｓｆｔａｏｃｙａｂｓ（ｔｅｒｓｅ

综述光子晶体的研究进展

综述光子晶体的研究进展光子晶体（Photonic crystal）是一种具有周期性的折射率分布的人工光学材料，其在电磁波的传播中发挥着重要作用。

光子晶体可以通过控制光的传播行为实现对光波的调控和控制，具有广泛的应用潜力。

本文将综述光子晶体的研究进展。

光子晶体的发展可以追溯到1987年，当时Yablonovitch等人首次提出了光子禁带（Photonic bandgap）的概念，即在一些频率范围内，光子晶体可以完全排除特定方向上的电磁波的传播。

这一概念引发了光子晶体研究的热潮。

在光子晶体的研究中，设计和制备光子晶体材料是关键环节。

研究人员通过改变光子晶体的周期、形状和尺寸等参数，来调控光的传播特性。

常用的制备方法包括自组装法、溶胶凝胶法、光刻法和自旋镀膜法等。

随着技术的发展，研究人员可以制备出具有二维和三维周期结构的光子晶体材料。

光子晶体的研究进展可以总结为以下几个方面。

首先，光子晶体在光学器件中的应用取得了重要进展。

例如，在光纤通信中，光子晶体光纤可以提供低损耗和低色散的传输特性，进一步提高了通信带宽和传输距离。

此外，光子晶体在激光器、太阳能电池和光学传感器等领域也有广泛应用。

其次，光子晶体的表面等离子体共振研究也取得了重要进展。

通过将金属等离子体纳米颗粒引入光子晶体中，可以产生局域表面等离子体共振效应，从而实现对光的超聚焦和局域增强效应。

这对于提高光学器件的分辨率和灵敏度具有重要意义。

另外，光子晶体在光学传感器和生物医学领域的应用也受到了广泛的关注。

光子晶体结构可以通过改变其反射光的特性对环境中的物质进行探测和识别。

例如，通过改变光子晶体的折射率，可以实现对环境中的气体和化学物质的检测。

此外，光子晶体还可以用于生物成像和癌症治疗等生物医学应用。

最后，光子晶体的研究也涉及到新型材料的开发。

近年来，研究人员通过结合光子晶体结构和具有特定光学性质的材料，如非线性光学材料和拓扑绝缘体材料，实现了更多样化和功能化的光子晶体器件。

光子晶体光纤双折射特性的研究及应用的开题报告

光子晶体光纤双折射特性的研究及应用的开题报告
（Note: This is a report in Chinese language.）
一、研究背景
随着通信技术的发展，光纤通信已成为现代通信的重要手段之一。

而光子晶体光纤作为一种新型光学材料，其具有光纤的基本优点同时又兼备了光子晶体的特有优点，具有光子晶体的带隙结构、高品质因子、宽的光谱带宽和巨大的色散等特点，因此光子晶体光纤已成为发展前景广阔的研究领域之一。

在光子晶体光纤的研究中，光子晶体光纤中的光纤双折射性质一直受到研究者的广泛关注。

光纤双折射现象指光在经过非对称光学介质时，传播方向发生变化的现象。

光子晶体光纤中的双折射现象与普通光纤不同，光子晶体光纤中的双折射作用是由光子晶体结构的调控所引起的。

二、研究内容
本次研究将研究光子晶体光纤在不同条件下的双折射特性，并探究其在通信、传感等领域中的应用。

具体包括以下几个方面：
1、利用有限元方法对光子晶体光纤的传输特性进行建模和仿真，分析光子晶体光纤中光的传输过程中的双折射现象。

2、研究不同光子晶体光纤结构中双折射的特性，包括直径、螺距、层数等结构参数对双折射的影响，并分析其机理。

3、探究光子晶体光纤的双折射特性在传感、通信等领域中的应用，比如利用光子晶体光纤制作温度传感器、压力传感器等。

三、研究意义
通过研究光子晶体光纤中的双折射特性，可以更好的揭示光子晶体光纤在光学传输中的行为规律，为其在通信、传感等领域中的应用提供理论依据。

此外，光子晶体光纤具有的高灵敏度、宽光谱带宽等特点也为其在传感、光学测量等领域中的应用提供了很多新的机会和可能性。

光子晶体光纤的研究现状及其应用

传输而不被截止，为 “ 尽单模 ” 传输特性。这种光纤的成无的
传输原理同普通光纤相似，常利用分析普通光纤的类似方法通进行分析和研究工作。图１为全反射型光子晶体光纤的结构
（ＢＧ，ｈｔｎｃｂｎａ。与传统光纤比，子晶体光纤具Ｐｐｏｏｉａｄｇｐ）光有许多重要的特点，可以在很大的波长范围内保持单模传输如特性；可以在大模场面积的光子晶体光纤里保持单模传输特
２１００年第６期
ＴＩＡＮＪＮＩＳＣＩＮＣＥＥＣＨＮＥ＆ＴＯＬＯＧＹ
刨新技术
张蔺蔺郑风振刘笑东（中国电子科技集团公司第四十六研究所天津３０２）０２０
光子晶体光纤的研究现状及其应用
【摘要】绍了光子晶体光纤（Ｃ）介ＰＦ的研究现状，结合目前ＰＦ研究的进展，Ｃ简要阐述了ＰＦ的基本Ｃ
１１全反射型（Ｒ）子晶体光纤．ＴＩ光全反射型光子晶体光纤纤芯的折射率高于包层的平均折射率，因此由传统的光学理论可以认为光束被束缚在光纤中传输。过改变石英同空气孔的比例关系可以调节光纤折射率差通的大小，当空气孔足够小的时候，意波长的光均能在光纤中任

光子晶体光纤的原理、应用和研究进展

光子晶体光纤的原理、应用和研究进展一、本文概述光子晶体光纤，作为一种具有独特光学性质的新型光纤，近年来在光通信、光电子、生物医学等领域引起了广泛关注。

本文旨在全面介绍光子晶体光纤的原理、应用以及研究进展，以期为读者提供深入的理解和前沿的科研动态。

我们将概述光子晶体光纤的基本结构和光学特性，阐述其与传统光纤的区别和优势。

我们将详细介绍光子晶体光纤在光通信、光电子器件、生物医学成像等领域的应用实例，展示其在这些领域的独特作用和价值。

我们将总结当前光子晶体光纤研究的热点问题和发展趋势，以期为相关领域的研究者提供有价值的参考。

二、光子晶体光纤的基本原理光子晶体光纤，也被称为微结构光纤或空芯光纤，其基本原理主要基于光子带隙效应和光子局域化。

这种光纤的核心结构由周期性排列的空气孔组成，形成了一种类似于晶体的结构，因此得名光子晶体。

光子带隙效应是指，在特定频率范围内，光波在光子晶体中传播时，由于受到晶体结构的影响，某些频率的光波被禁止传播，形成所谓的“光子带隙”。

这种效应使得光子晶体光纤具有独特的传输特性，例如低损耗、高带宽等。

光子局域化则是指，当光波在光子晶体中传播时，受到晶体结构的影响，光波的能量被局限在某一特定区域内，形成所谓的“光子局域态”。

这种效应使得光子晶体光纤能够实现光波的高效传输和控制。

在光子晶体光纤中，光波主要在空气孔中传播，而非传统的光纤中的玻璃介质。

这种特殊的传输方式使得光子晶体光纤具有许多独特的性质，例如低损耗、高带宽、抗弯曲、耐高温等。

由于光子晶体光纤的结构灵活性，可以通过改变空气孔的大小、形状和排列方式等，实现对光波传输特性的精确调控，进一步拓展其应用范围。

光子晶体光纤的基本原理是基于光子带隙效应和光子局域化，通过特殊的结构设计实现光波的高效传输和控制。

这种光纤具有许多独特的性质和应用前景，是光通信领域的重要研究方向之一。

三、光子晶体光纤的应用领域光子晶体光纤作为一种独特的光传输媒介，其应用领域广泛而深远。

高双折射光子晶体光纤中的超宽超连续谱

ｏｆｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃｕｒｖｅｓ，ｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｗｉｌｌｂｅｕｐｔｏｔｈｅｗｉｄｅｓｔｒａｎｇｅ．Ｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍｂｅｃｏｍｅｓｗｉｄｅｒｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｐｅａｋｐｏｗｅｒａｎｄｔｈｅｐｕｌｓｅｈａｌｆ－ｗｉｄｔｈｏｆｔｈｅｉｎｐｕｔｐｕｌｓｅ．Ｔｈｅｗｉｄｔｈｏｆｔｈｅｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍｗｉｌｌｂｅｃｏｍｅ
在这种高双折射光子晶体光纤中，可以实现超短脉冲在５５０ —２２００ｎｎｌ的超宽波长范围的光谱展宽；入射脉冲中
心波长选择在色散曲线拐点的附近时，产生的超连续谱最宽；入射脉冲峰值功率越大，脉冲半宽度越小，其超连
续谱越宽：入射偏振方向偏离某一主轴越远，光脉冲沿该主轴方向所产生的超连续谱越窄。
ｗａｖｅｌｅｎｔｈｇｒａｎｇｅｏｆ５５０ — ２２００ｎｍ．Ｉｆｔｈｅｃｅｎｔｅｒｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｉｎｐｕｔｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｐｕｌｓｅｉｓｃｌｏｓｅｔｏｔｈａｔｏｆｔｈｅｉｎｌｆｅｘｉｏｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｅｉｎａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｅｉｎａｎ７１４０００，ＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）

高双折射光子晶体光纤的双折射特性及其应用研究的开题报告

高双折射光子晶体光纤的双折射特性及其应用研究的开题报告【摘要】高双折射光子晶体光纤是一种具有特殊光学性质的光学纤维。

其制备过程涉及到光子晶体材料的制备和光纤的拉制工艺等多个环节。

本文将详细介绍高双折射光子晶体光纤的制备和双折射特性，并探究其在光传输和光学传感等领域的应用。

【关键词】高双折射光子晶体光纤；制备；双折射特性；应用。

【引言】光子晶体是由光学周期性介质构成的具有特殊光学性质的材料，在光学传感、光器件等方面具有广泛的应用。

其中光子晶体光纤是一种在光通信和光学传感等领域有着极高研究价值的新型光学纤维。

高双折射光子晶体光纤是其中一种，在光传输和光学传感等领域有着广泛的应用前景。

【正文】1、高双折射光子晶体光纤的制备高双折射光子晶体光纤的制备主要涉及到光子晶体材料的制备和光纤的拉制工艺等环节。

首先需要制备出高质量的光子晶体材料，这是制备高双折射光子晶体光纤的关键步骤。

然后通过拉制工艺将光子晶体材料制成光纤。

在拉制光纤的过程中，需要对温度、拉力等参数进行精细控制，以确保光纤质量的稳定性和光学性能的优异性。

2、高双折射光子晶体光纤的双折射特性高双折射光子晶体光纤是一种具有特殊光学性质的光学纤维。

其双折射特性是指在光纤中传输光的两个主要模式的折射率不同，导致产生了双折射现象。

双折射现象可以用来实现光路可调、光学分波器等光学元件，具有广泛的应用前景。

3、高双折射光子晶体光纤在光传输和光学传感中的应用高双折射光子晶体光纤具有宽带传输、低损耗、小尺寸等优点，因此在光传输和光学传感等方面具有广泛的应用前景。

其中，在光学传感方面，高双折射光子晶体光纤可以用来实现光学分波器、偏振调制器等光学元件，同时还可以用来实现光学传感器，如温度传感器、压力传感器、加速度传感器等。

【结论】高双折射光子晶体光纤是一种具有特殊光学性质的光学纤维，在光传输和光学传感等领域具有广泛的应用前景。

其制备过程需要精细控制多个环节，以保证光纤的性能稳定和优异性。

中红外硫系高双折射光子晶体光纤设计与分析

中红外硫系高双折射光子晶体光纤设计与分析硫系玻璃与石英玻璃相比具有低软化温度、良好成纤性和高非线性折射率,且可以在近红外及中红外波段透光等特性。

近年来,硫系玻璃高双折射光子晶体光纤备受关注,它能突破传统石英基质光子器件工作波长低于2μm拜的限制,在中红外光纤传感、光纤脉冲激光器以及全光网络的实现等领域有着重要的应用。

本文旨在设计新型的适用于中红外波段(3～5μm)硫系高双折射光子晶体光纤(HB-PCF,High Birefringence-Photonic Crystal Fiber)和单模单偏振光子晶体光纤(SPSM-PCF,Single Polarization Single Mode-Photonic Crystal Fiber),研究 HB-PCF 的双折射、有效折射率、拍长、色散、限制损耗和非线性系数等特性和SPSM-PCF的单模单偏振性质。

设计了三种新型的中红外硫系高双折射光子晶体光纤,椭圆V形高双折射光子晶体光纤、菱形孔高双折射光子晶体光纤和圆形包层菱形微孔芯高双折射光子晶体光纤。

使用时域有限差分法对所设计的光子晶体光纤进行数值计算并优化其结构参数。

结果表明椭圆V形光纤结构在最优参数为∧=1.7μm,b=0.85μm,ai=0.5μm,a2=0.28μm时,在波长5μm处双折射可达0.1177;菱形孔光纤结构在最优结构参数为∧=2.0μm,D=1.70μm,H=1.76μm,d=0.4μm时,在波长5μm处双折射可达0.1513,x偏振和y偏振方向上的非线性系数分别为3726w-ikm-1、2585w-ikm-1;菱形微孔芯光纤结构在最优参数为 d=2.2μm、∧=2.2μm、di=0.1μm、d2=0.16μm、∧’=0.40μm,在 3～5μm 双折射变化范围是0.1677～0.1637。

所提出的高双折射光子晶体光纤均属于高双折射水平,为研究新型背景材料的高双折射光子晶体光纤提供了参考。

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高双折射率光子晶体光纤的研究进展作者：***来源：《现代信息科技》2020年第18期摘要：光子晶体光纤因其独特的导光特性和灵活的结构而优于传统光纤，高双折射特性使其用于保偏光纤、光纤陀螺等光纤器件。

通过阅读研究相关文献进行的理解和总结，在分析双折射特性基本原理的基础上，介绍了近年以提高光子晶体光纤双折射特性为主要目标的国内外研究进展，增加不对称性或转变不同方向的应力可有效获得高双折射特性。

随着人工超材料的不断发展，光子晶体光纤在光通信等领域有着极广的发展和应用前景。

关键词：光子晶体光纤;高双折射率;空气孔;偏振中图分类号：TN252 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）18-0061-03Abstract：Photonic crystal fiber is superior to conventional fiber due to its unique light conducting characteristics and flexible structure. High birefringence makes it suitable for polarization-preserving fiber，fiber optic gyro and other fiber devices. Based on the analysis of the basic principles of birefringence characteristics through the understanding and summary of reading research related literature，this paper introduces the research progress at home and abroad with the main goal of improving the birefringence characteristics of photonic crystal fibers in recent years，high birefringence can be obtained by increasing the asymmetry or changing the stress in different directions. The stress can effectively obtain high birefringence characteristics. With the continuous development of artificial metamaterials，photonic crystal fiber has a very wide range of applications and profound practical prospects in optical communication and other fields.Keywords：photonic crystal fiber;high birefringence properties;air hole;polarization0 引言英國Bath大学的Russell于1992年首次提出光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber，PCF）的概念[1]。

PCF又称多空光纤、微结构光纤，由单一材料和多个气孔周期性地缠绕在纤芯周围而形成。

这种复杂结构导致其横截面上呈现复杂的折射率分布，由于存在光子带隙，光波只能在折射率较小的纤芯内传输。

由于光学系统具有更高的加工精度，相比电子系统更精准、更容易实现振幅和相位测量，光子晶体光纤一经提出便引起了各方面的广泛关注，随即在理论层面、工艺制造到各种应用都有了一定的研究发展，目前已经制造出结构相对复杂、功能较强的PCF器件，如光纤激光器、光纤传感器、光纤光源、光波长转换器、色散补偿器等，这些产品具有高性能且应用广泛。

1 光子晶体光纤结构及分类不同的排列方式组成不同复杂度的光子晶体空间结构，其中较为经典的是一维平面型，二维立体型和三维空间型，如图1所示。

光子晶体光纤是二维立体型中研究最为广泛的一种，使用旋转拉丝技术可以制备出三维空间型。

PCF的分类方法很多，最常用的是根据导光原理分为如图2所示的两类[1]：一类是带隙型光子晶体光纤（Photonic Bandgap PCF，PBG-PCF），这类PCF的纤芯多为空气孔，包层排列着周期性的空气孔，它的包层折射率高于纤芯折射率，光波在低折射率的纤芯中传输;另一类是全内反射型光子晶体光纤（Total Internal Reflection PCF，TIR-PCF），这类PCF的纤芯为实心，包层材料与纤芯材料通常是一样的，包层上有空气孔，空气孔可以随机排列，也可以按一定规则排列，纤芯的折射率较包层高，主要靠全内反射效应实现导光。

还有其他的分类方法，如按形状分、按照材料分、按照光纤的特性分、按照模式数量分等，这些不同分类的光子晶体光纤可以根据需要进行组合，从而得到结构更为复杂、性能更为优越的PCF。

2 高双折射率光子晶体光纤2.1 高双折射特性改变光子晶体光纤包层的结构、空气孔的数量及形状等，就可以改变传输的模场、损耗等，使其具有无截止单模传输、高双折射、高非线性等特性[2]。

双折射现象指由于光纤在传输x和y两个偏振方向的基模时，产生不同的偏振折射率，使其传播常数β不再相同，公式表示为：其中，βx、βy分别表示x轴和y轴上的传播常数。

通常用这两个方向上相互正交的偏振模的有效折射率之差B来表征，称为模式双折射参量，表达式为：其中，和分别表示两个相互正交模式的有效折射率，k0表示真空中的波数。

普通单模光纤中B的数量级为10-6～10-5，高双折射光纤指的是B>10-5。

B越大，保偏性能越好。

2.2 高双折射光子晶体光纤的优点高双折射光子晶体光纤（Highly Birefringent Photonic Crystal Fibers，HB-PCF）具有以下优点[2]：设计自由灵活;温度稳定性较好;可保持较宽范围的单模工作波长;可以实现低限制损耗、高非线性等特点，可以用于制作保偏光纤、光纤陀螺等光纤器件，在光纤通信系统中有广泛的应用前景。

2.3 高双折射率光子晶体光纤的研究与发展第一根PCF由英国南安普顿大学的Knight及Birks等在1996年研制成功，英国Bath大学的Blanch等在2000年研制成功第一根髙双折射PCF[3]，通过改变包层空气孔形状来引入不对称性，在1.55 μm处的双折射值为3.7×10-3。

随着制备工艺的改进和光通信技术的快速发展，研究人员不断探求获得高双折射PCF的方法，近十年的一些研究成果总结如下：2008年浙江工商大學何忠蛟等人在纤芯中使用掺杂物质（如锗）增加纤芯的折射率[4]，得到了10-3量级的HB-PCF，其研究表明掺杂区域形状也对双折射率产生一定的作用。

2012年浙江工业大学马骏等人在最里层用八边形态的晶格空气孔柱代替了以往的三角形晶格空气孔柱[5]，在1.55 μm处获得2.251 7×10-2的双折射。

2013年南开大学侯宇等人提出了一种蜂窝状包层中有圆形气孔、纤芯中有椭圆气孔的光子晶体THz光纤[6]。

其在较宽的THz频率范围里，实现了高双折射（大于0.022）及低约束消耗（0.01 dB/m）。

2014年印度维特大学Revathi等人在PCF结构中加入了椭圆气孔，并把它称为螺旋形PCF[7]，1.55 μm处双折射达到10-2量级。

该结果表明空气孔椭圆率越大，结构变得越不对称，双折射增强。

同年天津大学姚建铨等研究了一种包层由大小不同的圆形空气孔、按六边形排列构成的HN-HB-PCF[8]，在纤芯中心沿x方向加入两个椭圆形空气孔，沿y方向为两组大气孔。

在1.55 μm处非线性系数可达53.5 W-1km-1，双折射达到1.092 9×10-2。

2015年南开大学吴宵宵等设计了石墨烯包层结构的HB- PCF[9]，其底层材料采用SiO2，内部核心点为PG玻璃材料制作成的椭圆形的纤芯，包层采用石墨烯六角蜂巢结构，该结构具有旋转和平移的双重对称性。

所设计光纤具有高双折射、小模场面积的特征，且损耗具有极低，能够用于超连续谱光源的产生。

2016年中国科学院空间利用技术与工程中心重点实验室韩杰等提出了由填充碲酸盐玻璃的椭圆形纤芯、矩形排列的四个圆形气孔包裹层和八角形排列的圆形气孔包层组成的HC-PCF[10]。

波长为1.55 μm时双折射达到0.119，非线性参数为3.42 W-1m-1。

2018年燕山大学赵兴涛等提出了一种亚微米孔的多孔芯PCF[11]，空气孔直径只有500 nm左右，多孔纤芯由19个空气孔构成，包含六角形排序的5层孔，可得到4.827×10-3的双折射。

由于纤芯区域与传统单模光纤接近，可降低与普通光纤或标准仪器的连接损耗。

2019年中国科学院安徽光学精密机械研究所刘旭安等提出了一种基于双空气孔单元四角晶格排列PCF[12]，双折射为10-2量级，可通过改变晶格x轴和y轴的间隔距离控制其双折射特征值。

上海科技大学贾春花等提出了椭圆形纤芯采用硅和As2S3制作、外包层为4层梯形结构的EC-PCF[13]，分析了不同的内包层结构（椭圆加圆、带状圆和六角形圆）对双折射的影响。

仿真结果表明，椭圆加圆结构PCF的双折射最高，达到了3.313 6×10-1，其他两种结构也达到了10-2的数量级。

2020年孟加拉国Rajshahi工程技术大学Amit Halder提出了基于纯熔融石英材料的HyDCF）[14]。

在包层中加入2个六边形、4个八角形圆形空气孔环，组成复合PCF，引入缺陷的内芯以实现高双折射。

在1.55 μm处双折射为3.769×10-2。

综上所述，光子晶体光纤的双折射数量级已经达到10-2，具有非常好的保偏特性。

高双折射PCF的形状主要有四边形、六边形和八边形。

为了增加PCF的双折射特性，需要增加其不对称性或转变其不同方向的应力，如可以通过改变纤芯形状（主要是椭圆形）、采用不同的材料加工纤芯或者改变包层空气孔的形状、大小或结构增加非对称性，也可以在空气孔中填充各向异性材料来提高某一偏振方向上的应力。

3 结论本文介绍了在实现高双折射特性方面近十年的相关研究。

高双折射光子晶体光纤可用来制作保偏光纤、光纤陀螺等，可应用于传感、偏振型器件及大型高速率的通信系统等领域。

由于光子晶体光纤制备技术的不断提高和理论的不断完善，作为新一代优异的光学介质，光子晶体光纤具有广阔的应用前景。