| 【中文题名】 | 光子晶体光纤的理论分析及其在THz波导分析中的应用 |
| 【英文题名】 | The Theoretic Analysis of Photonic Crystal Fiber and Its Application in the Analysis of THz Waveguide |
| 【学科专业】 | 物理电子学 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2005-4-15 |
| 【中关键词】 | 光子晶体,光子晶体光纤,时域有限差分方法,光纤传感,太赫兹, |
| 【英关键词】 | Photonic Crystal （PC）,Photonic Crystal Fiber （PCF）,Finite-Difference Time-Domain Method （FDTD）,fiber optic sensing,Terahertz （THz）, |
| 【分类导航】 | 工业技术>无线电电子学、电信技术>光电子技术、激光技术>波导光学与集成光学>> |
| 【论文摘要】 | 光子晶体光纤从提出到实现，迄今为止已经取得了异常迅猛的发展，是一个正在发展的新的研究领域。作为光波导的一种，光子晶体光纤的结构使它有了与普通光纤不同的性质。光子晶体光纤早期的支持者就曾预言光子晶体光纤能够获得极低的损耗(约0.01dB／km)，极低的色散，而且能够传输很高的光功率。而光子晶体光纤的研究已经表明，光子晶体光纤的应用远不止此，它还有着更广阔的应用天地。
本文就围绕着光子晶体光纤进行研究，将重点放在光子晶体光纤的理论分析上。从归纳整理目前常用的种种分析光子晶体光纤的方法入手，通过比较，选择了简便实用的时域有限差分法，经过对时域有限差分法的研究，在结合光子晶体光纤本身的结构和导光特性之后，建立并编写了计算光子晶体光纤传播特性的应用程序，并结合具体的例子得到了光子晶体光纤的传播特性，为进一步的理论研究提供了一个较好的平台和基础。
在实验部分，利用现有的资源，建立了光子晶体光纤观察和实验的基本平台，观察了光子晶体光纤的模场分布以及单模特性，并通过同理论计算结果的比较，验证了理论分析的正确性。此外，通过对已有的光子晶体光纤应用研究的资料整理和收集，总结了光子晶体光纤的应用研究现状和研... |
| 【论文题纲】 |
|
摘要 |
3-4 |
|
Abstract |
4-5 |
|
目录 |
5-8 |
|
第一章 引言 |
8-16 |
|
1．1 光子晶体简介 |
8-11 |
|
1．1．1 光子晶体的概念 |
8-9 |
|
1．1．2 光子晶体的特征 |
9-10 |
|
1．1．3 光子晶体与电子晶体的比较 |
10 |
|
1．1．4 光子晶体的应用 |
10-11 |
|
1．2 光子晶体光纤 |
11-15 |
|
1．2．1 光子晶体光纤的概念 |
11-12 |
|
1．2．2 分类以及导光原理 |
12 |
|
1．2．3 制作方法及发展现状 |
12-15 |
|
1．3 光子晶体光纤的优势 |
15-16 |
|
第二章 光子晶体光纤的特性以及研究现状 |
16-24 |
|
2．1 光子晶体光纤的特性以及研究进展 |
16-18 |
|
2．1．1 无限单模特性 |
16-17 |
|
2．1．2 非线性效应 |
17-18 |
|
2．2 光子晶体光纤的研究进展 |
18-19 |
|
2．3 光子晶体光纤的理论研究方法 |
19-24 |
|
2．3．1 有效折射率方法 |
19-21 |
|
2．3．2 有限元法 |
21-22 |
|
2．3．3 平面波法 |
22 |
|
2．3．4 时域有限差分法 |
22-23 |
|
2．3．5 多极法 |
23-24 |
|
第三章 时域有限差分理论 |
24-47 |
|
3．1 时域有限差分法简介 |
24-26 |
|
3．1．1 时域有限差分法的基本思想 |
24 |
|
3．1．2 时域有限差分法的特点 |
24-25 |
|
3．1．3 时域有限差分法的发展过程和现状 |
25-26 |
|
3．2 时域有限差分的基本公式 |
26-34 |
|
3．2．1 微商的差分近似 |
26-27 |
|
3．2．2 Maxwell方程的差分推演 |
27-28 |
|
3．2．3 Yee氏网格 |
28-30 |
|
3．2．4 三维FDTD方程 |
30-33 |
|
3．2．5 二维FDTD方程 |
33-34 |
|
3．3 FDTD数值稳定性分析 |
34-37 |
|
3．3．1 数值稳定性分析的必要性 |
34-35 |
|
3．3．2 时间离散间隔的稳定性要求 |
35 |
|
3．3．3 Courant稳定性条件 |
35-37 |
|
3．4 FDTD数值色散对空间离散间隔的要求 |
37-39 |
|
3．4．1 FDTD中的数值色散现象 |
37 |
|
3．4．2 数值色散的要求 |
37-39 |
|
3．5 FDTD吸收边界条件 |
39-46 |
|
3．5．1 吸收边界条件的必要性 |
39 |
|
3．5．2 波方程和吸收边界条件 |
39-41 |
|
3．5．3 一阶、二阶Mur吸收边界条件 |
41-42 |
|
3．5．4 二维Mur吸收边界条件 |
42-43 |
|
3．5．5 PML吸收边界条件 |
43-46 |
|
3．6 FDTD激励源的设置 |
46-47 |
|
3．6．1 FDTD场源源 |
46 |
|
3．6．2 脉冲源 |
46-47 |
|
第四章 光子晶体光纤的FDTD计算实例 |
47-66 |
|
4．1 计算流程 |
47-49 |
|
4．2 计算的建模 |
49-53 |
|
4．2．1 PCF模型 |
49-50 |
|
4．2．2 网格的剖分 |
50-53 |
|
4．3 FDTD在PCF中的计算公式的推导 |
53-55 |
|
4．4 计算参量的设定 |
55-57 |
|
4．4．1 离散间隔的选取和步长的选择 |
55 |
|
4．4．2 吸收边界条件 |
55 |
|
4．4．3 激励源的设定 |
55-57 |
|
4．5 程序实现 |
57-60 |
|
4．5．1 软件流程 |
57-58 |
|
4．5．2 细节问题的处理 |
58-59 |
|
4．5．3 程序的VC++实现 |
59-60 |
|
4．6 计算结果 |
60-61 |
|
4．7 结果分析 |
61-66 |
|
4．7．1 模场分布的分析 |
61-62 |
|
4．7．2 单模特性的分析 |
62-63 |
|
4．7．3 光纤构成材料变化的研究 |
63-64 |
|
4．7．4 单模光子晶体光纤的色散特性 |
64-66 |
|
第五章 试验及其对理论模拟的验证 |
66-73 |
|
5．1 光子晶体光纤与普通单模石英光纤的耦合系统 |
66-68 |
|
5．2 单模光子晶体光纤的模场分布 |
68-71 |
|
5．2．1 PCF模场分布 |
68-71 |
|
5．2．2 PCF与普通单模光纤模场比较 |
71 |
|
5．3 单模特性的验证 |
71-73 |
|
第六章 光子晶体光纤的应用研究 |
73-79 |
|
6．1 光传输中的应用 |
73-74 |
|
6．2 光器件的应用 |
74-76 |
|
6．2．1 光开关 |
74-76 |
|
6．2．2 光放大器 |
76 |
|
6．3 光传感的应用 |
76-79 |
|
6．3．1 改变空气孔洞性质的传感 |
77-78 |
|
6．3．2 光纤光栅在PCF中的应用 |
78-79 |
|
第七章 PCF分析模型在THz研究中的应用 |
79-85 |
|
7．1 太赫兹概念简介 |
79-80 |
|
7．2 太赫兹波的性质和应用 |
80-81 |
|
7．2．1 THz的性质 |
80 |
|
7．2．2 THz的应用 |
80-81 |
|
7．3 太赫兹传输的研究状况 |
81 |
|
7．4 利用PCF分析方法研究THz波段波导 |
81-85 |
|
7．4．1 利用PCF分析思路研究THz波的适用性 |
81-82 |
|
7．4．2 PCF分析方法在THz中的应用 |
82-85 |
|
第八章 结论和展望 |
85-86 |
|
参考文献 |
86-92 |
|
攻读硕士学位期间发表的论文 |
92-93 |
|
致谢 |
93 |
|
| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.340576 |
