中红外硫系高双折射光子晶体光纤设计与分析

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1、硕士研究生学位论文中红外硫系高双折射光子晶体光纤设计与分析作者：张友坤指导教师：惠战强教授学科（专业）：工学二〇一提交论文日期：八年六月单位代码11664学号1502210007分类号TN253密级西安邮电大学硕士研究生学位论文题（中、英文）目中红外硫系高双折射光子晶体光纤的设计与分析ResearchonDesignandAnalysisofChalcogenideHighBirefringencePhotonicCrystalFiberInMid-Infrared作者姓名张友坤指导教师姓名、职务惠战强教授学科门类工学学

2、科(专业)光通信与光信息技术提交论文日期二○一八年六月西安邮电大学学位论文原创性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。一申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切的法律责任Ｄ本人签名：日期：＞Ｄ／戈年／月／多曰＿西

3、安邮电大学学位论文知识产权声明本人完全了解西安邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。。本人允许论文被査阅和借阅学校可以将本学位论文全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的一文章律署名单位为西安邮电大学。本人签名：ｉＫ＾日期：２＾＿年＿＾＿月」＾日＿＾石月日导师签名：日期：年／，摘要

4、摘要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，HighBirefringence-PhotonicCrystalFiber)和单模单偏振光子晶体光纤(SPSM-PCF，SinglePolarizationSingleMode-Phot

5、onicCrystalFiber)，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Λ=1.7μm，b=0.85μm，a1=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Λ=2.0μm

6、，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-1km-1、2585w-1km-1；菱形微孔芯光纤结构在最优参数为d=2.2μm、Λ=2.2μm、d1=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。由于高双折射光子晶体光纤偏振能力受偏振串扰和偏振摸色散的影响，因此优化设计了两种SPSM-PCF，菱

7、形孔SPSM-PCF和圆形孔矩形晶格SPSM-PCF。使用时域有限差分法分析了SPSM-PCF的有效折射率、单模特性和限制损耗。结果表明菱形孔SPSM-PCF在最优结构参数为Λ=2.6μm、D1=2.2μm、d1=0.4μm、D=2.4μm、d=1.2μm时光纤仅允许传输x偏振态的光，单模单偏振范围可达2.9662μm(4.0338μm~7.00μm)。圆形孔矩形晶格SPSM-PCF在最优结构参数为Λ=2.0μm、d=1.4μm、D=1.64μm、a=1.7μm、b=1.2μm，单模单偏振范围可达2.3814μm(3.161μm~5.5424μm)，

8、为制造结构简单性能优良的SPSM-PCF提供理论依据。关键词：光子晶体光纤；时域有限差分法；高双折射；单模单