影响有效折射率的因素研究

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1、全内反射型光了品体光纤具有很多在传统光纤中无法实现的奇异特性，成为最近几年光学和光电子学的研究热点。全内反射型光子晶体光纤通过本次课题研究，不仅可以深入了解光子晶体光纤技术，掌握全内反射型光子晶体光纤的特性及原理，结合Rsoft软件进行仿真分析，理论分析优化全内反射型光子晶体光纤的有效折射率的问题。论文共分为四章，第一章介绍光了晶体光纤的一些基木概念与研究背景，及全内反射型光子晶体光纤的研究进展；第二章介绍了全内反射型光子晶体光纤的导光原理与光纤结构，并详细介绍了全内反射型光子晶体光纤的奇异特性；第三章通过运用RSOFT软件仿真测试来研究影响全内反射型光子晶体

2、光纤的有效折射率的因素，分别从材料本身和光纤的结构来论述，结构方而主要是研究空气孔形状、空气孔Z间间距、空气孔大小、背景折射率及入射的光波长对全内反射型光子晶体光纤的有效折射率的影响；论文的最后对全内反射型光子晶体光纤的有效折射率的研究进行了总结和展望，指出了本文的难点和缺陷等。关键词：光子晶体光纤，全内反射型光子晶体光纤，Rsoft,冇效折射率1绪论1.1本课题研究背景随着工业的快速发展，计算机的发明与制造，使得信息技术取得了前所未冇的快速发展，这极大地影响了我们人类生活和社会经济的发展。人们在充分享受着高速、便利的网络的同时，人们对于信息交换的需求与FI俱

3、增，导致通信系统向大容量和高速率的方向研究与发展。为满足世界对大宽带的追求，20世纪70年代，美国的康宁公司最先发明并制造出世界第一根光纤（20dB/km的低损耗石英光纤），使光纤通信得以广泛应用。但是以IP为核心的信息技术的迅猛发展,超大的信息容量和超高速的速率需求，因此对光纤通信的性能耍求越来越高。传统的石英光纤是出周围折射率较低的覆层包着纤芯构成，然而传统光纤经过40多年的发展，材料特性及制造工艺等各方面的限制，几乎达到了发展的极限。因此，我们急需要一种在损耗、色散、非线性和偏振模色等方面都能达到平衡的新型光纤技术。光了相较于电了有更快的速度和更大的频宽

4、，且光了Z间没有交互作用，若能将现有的电子元件升级为光子元件，光子元件存在着许多优点，在运作上它的速度和精确度得到了很大的提升。而以光子作为信息载体的的光子晶体是一种新型材料，逐步代替了电子材料，应用于现代的全光通信网络。在1987年，美国的E.Yabnolovitch⑴和S.John[21教授分别提出了光子品体（PhotonicCrystal）这一新概念。在此理论基础上，1991年英国BathUniversity的PhilipRussell等人提出了光子晶体光纤（PhotonicCrystalFiber,即微结构光纤或者说是多孔光纤）的概念。1996年英国U

5、niversityOfSouthampton的J.C.Knight等人首次研制出世界上第一根光子晶体光纤⑶。光子晶体光纤不同于传统的石英光纤，它是一种将光子品体结构引入光纤屮而形成的新型的高传输质量的光纤。由于光子品体光纤拥有有传统石英光纤所无法比拟的优异特性，因而被学术界和工业界重视，所以研究光子晶体光纤的特性、制作与应用等相关的方面很快地成为了光纤光学中的一个研究热点。1.2光了晶体光纤的概述及分类1.2.1光子晶体光纤的概述早在20世纪上半期，哈佛大学珀赛尔首次提出了电偶极子辐射特性是可以由镜像层來改变的理论，在这一理论提出后，人们对改变材料的自发辐射产

6、生了浓厚的兴趣。通过不断的实验研究和人量的理论计算，1987年，E.Yabnolovitch和S.John分别从控制光的口发辐射角度最初提出光了晶体这一概念。光子晶体是介电常数在空间中呈周期性排列的一种人工结构晶体⑷。当然光子晶体也与普通的电子晶体-些地方相类似，它也有份一维、二维和三维，但是它是根据折射率（介电常数的空间周期变化）及光子带隙出现的空间维度来分的。一维的光子品体，它的光子带隙出现在单一的方向上；二维的光子品体则是由一些鬪形或矩形的空气柱在实芯材料中排列成六边型晶系（三角形或者矩形结构周期），即光子晶休的带隙是出现在一个单一的平面上，且它具有周期

7、性；三维光子晶体则是由两种不同介质的方块所构成全方的光子带隙，即它是空间性的周期结构。当我们在二维光子晶体和三维的光子晶体中，利用某些大空洞或者是小空洞的方式，使其产生缺陷（defect）（这缺陷可以是点缺陷、线缺陷或者是面缺陷），通过这种植入缺陷的方法來破坏原來的周期结构，产生了一个较窄频率的缺陷态，当传输的光子与缺陷态的频率相吻合，就可将光子束缚在带隙屮，实现光波的传输。光子晶体光纤是光子晶体缺陷的传输等技术的使用，实现了光的定向传输。光子品体光纤是一种带有缺陷的二维光子品体⑸，它的纤芯根据不同的光子晶体而有所不同，实芯的纤芯则是全内反射型光了晶体光纤，它

8、的纤芯石英材料或者更高折射率的光纤材料