1. 研究目的与意义
-
选题背景
近年来，随着移动网络快速发展，光通信网已经成为通信系统的支撑，维护整个信息社会的高效运转。现有的通信网从本质上不仅难以适应云计算、物联网和三网融合为代表的所导致的海量信息流转传递的需求，也很难满足未来社会对网络和信息安全等的需求。同时光器件方面，国内主要生产低端器件，核心器件主要依赖进口。如何应对通信网络带宽不足，并使我国由市场大国转化为技术强国，成为当前我国通信领域继续解决的问题和科研领域的科研主题。
-
选题目的
剩余内容已隐藏，您需要先支付后才能查看该篇文章全部内容！2. 研究内容与预期目标
偏振分束器作为光学系统中的重要器件在光纤通信及光纤传感器的方面具有重要应用。三芯光子晶体光纤通常基于谐振隧道效应制备偏振分束器，双芯光子晶体光纤通常利用双折射效应制备偏振分束器。高双折射有利于增大两正交偏振方向上的耦合长度差，这样，两偏振光在双芯光子晶体光纤更加容易实现完全分离。设计一种八边形结构的双芯光子晶体光纤，分别采用碲玻璃和SF6作为基质材料，利用全矢量有限元法数值模拟了椭圆率对双折射和相对耦合长度的影响，设计了碲玻璃和SF6玻璃两种微型、高带宽的偏振分束器，并对其性能进行了比较。
偏振分束器的耦合长度随波长的变化而发生改变。因此，对于固定长度的偏振分束器的消光比也会随波长的变化而改变，这是影响带宽的主要因素。为了获得超宽带的分束器，两偏振光的耦合长度应随波长的变化趋于平坦。由耦合长度可知，欲实现超宽带特性，应要求随波长变化的斜率较小。为此，引入偏振光的相对耦合长度来描述随波长的变化，其表达式为，式中表示工作波长 1550 nm，和分别表示工作波长为1550 nm时偶模和奇模的有效折射率。相对耦合长度实质上是任意波长的耦合长度与工作波长为1550 nm时的耦合长度之比。相对耦合长度越接近1，则耦合长度随波长的变化越趋于平坦，就越有利于获得超宽带分束器。
偏振分束器的带宽和长度是衡量偏振分束器特性的两个重要指标。对于提出的光纤结构，特征参数主要有掺氟区的折射率、孔距及孔径与孔距比，这些特征参数的改变将对偏振分束器的带宽和长度产生影响。因此，利用有限元法研究了这些参数对偏振分束器的带宽和长度的影响，得出了一般规律。
剩余内容已隐藏，您需要先支付后才能查看该篇文章全部内容！3. 研究方法与步骤
光子晶体光纤是一种特殊的光波导结构，属于规则光波导。光子晶体光纤结构向分布一致，横截面的结构具有其特殊性，一般基底由单一材料构成，其他部分类似于晶体结构。不同于一般的光纤，光子晶体光纤包层和芯区没有明显的分界线。由于其结构的特殊性，使得横截面结构多变，通过改变结构中空气孔的大小、形状、孔间距、空气孔的排列方式等，可以设计出能满足不同光学特性的结构。该特殊结构被提出后，如何计算其灵活的光纤结构，就成为人们一直以来关注的问题。各种不同的数值计算方法逐渐地被报道出来，其适用性的讨论也层出不穷。由于光子晶体光纤结构复杂，要求计算方法必须精准可靠、灵活可扩展和兼容性较高，兼顾实际的资源问题，计算方法必须占用资源量较少，计算时间合理。首先对光子晶体光纤计算方法做个简单的介绍，然后着重介绍本论文所采用的计算方法有限元法。
有限元法(FEM)以变分法为基础，将待求解的边值问题转化为相应的变分问题，并通过离散网格，将其简化为一般多元函数的极值问题，利用数学方法，可以求得一组多元方程组。求解代数特征方程组就可以得到光子晶体光纤的传输模式和场分布。有限元在划分网格的时候可以灵活处理，根据求解区域来确定网格的大小、形状以及疏密，因此利用FEM分析任意折射率结构的光波导，具有明显的优势。FEM的算法虽然复杂，但容易标准化，可以编写出通用的程序，并且计算精度高。只要已知光纤结构的折射率分布和给定传输光波的波长，FEM就可以求解出模式的传播常数和模场分布，变化波长就可以求解出所有波长对应的传播常数和模场分布。FEM的主要缺点就是计算量大，要求较高的计算机配置。
光束传播法是目前光波导器件研究与设计领域最流行的方法之一，其基本思想是在给定初始场的前提下，一步一步地计算出各个传播截面上的场。这种方法已被成功地应用于分析Y型波导及S型弯曲波导中的光波传输，且对损耗的计算也得到了准确的结果；FD-BPM还被用于分析条形波导、三维弯曲波导、二阶非线性效应以及有源器件。频域分析方面，同样可采用光束传播法进行分析：即虚轴光束传播法或基于相关函数法的光束传播法。 光束传播法(BPM)的基本思想就是把波导沿着传播方向剖分成若干个截面，根据前一个或几个截面上的已知场分布得到下一个截面上的场分布。
剩余内容已隐藏，您需要先支付后才能查看该篇文章全部内容！4. 参考文献
[1]曹晔，赵舜，童峥嵘．基于碲酸盐的新型单芯光子晶体光纤偏振分束器［Ｊ］．光子学报，2015,44(2):0206003
[2]文科，王荣，汪井源，等．基于谐振耦合现象的三芯光子晶体光纤偏振分束器［Ｊ］．中国激光，2008,35(12):1962-1965
[3]韩博琳，娄淑琴，鹿文亮，等．新型超宽带双芯光子晶体光纤偏振分束器的研究［Ｊ］．物理学报，2013,62(24):244202
剩余内容已隐藏，您需要先支付后才能查看该篇文章全部内容！5. 工作计划
2017.3下达任务书，查阅相关资料（1周），熟悉基本理论（1周），完成英文翻译（1周）
2017.4确定具体研究方法和研究内容（1周），熟悉模拟计算工具（1周），完成模拟计算（1周），得出模拟结果（1周）
2017.5撰写毕业论文（2周），修改（2周）
剩余内容已隐藏，您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容！立即支付
