3、研究内容及方案 （1）学术构想与思路、主要研究内容、拟解决的关键问题及预期目标 a) 学术构想和思路： 以光子晶体光纤为出发点，根据不同材料对光子晶体光纤有效折射率特性影响的不同，设计出单模单偏振区域在通信波段的光子晶体光纤，并对所设计光子晶体光纤的传输特性进行分析，然后对它们进行优化设计，使其更适合器件化应用。 b) 主要研究内容： 设计不同基底材料的高双折射的光子晶体光纤，并将中心的四个孔改变形状，对设计的光纤结构进行数值模拟和理论上的解释，研究非石英材料基底及不同结构对于光纤有效折射率的影响。通过对光纤结构及材料选择的不断优化，最终得到不同通信波段都可实现单模单偏振的光子晶体光纤。 c) 拟解决的关键问题： 首先，要设计出所需的基底材料不同的光学性质良好的光子晶体光纤。 其次，要对结构及基底材料对光子晶体光纤单模单偏振特性的影响进行准确的分析。 d) 预期目标： 1.设计出一种在常见通信波段具有单模单偏振特性的硅基的光子晶体光纤，并对其特性进行分析。 2.设计一种非硅基的光子晶体光纤，调节其结构使其单模单偏振区域也在某通信波段。 （2）拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析 a) 研究方法: 快速矢量法是一个比较快速简单的方法，它通过求解光纤包层的等效折射率，进而把微结构光纤等效为传统的阶跃折射率光纤，然后对微结构光纤的模场特性进行求解，所求得的是解析解。 对于具有复杂空气孔设计的光子晶体光纤使用有限元方法进行模拟。有限元素法主要思想是将光纤的端面离散为若干小三角形或矩形的组合单元，将求解域上待求的未知场函数用在每个单元内假设的近似函数来分片表示，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点数值的插值函数来表达，从而使一个连续的无限自山度问题变成离散的有限自由度问题[19]。因此可以完整的考虑光纤结构，还可以计算出该波导的损耗。利用它计算光子晶体光纤主要分以下几个步骤[20]：1）将其横截面分解成多个离散区域；2)插值函数的选择；3）建立合适的方程；4）方程组的求解；可以计算出光子晶体光纤的各种模式分布及其有效折射率，还能解出电场和磁场的分布，可以更好的分析光在光子晶体光纤内传播时的各种特性。 －4－
b) 技术路线： 本课题的技术路线如上图所示，首先确定需要光纤所具有的特性，然后对光子晶体光纤的结构进行设计，其次改变不同的基底材料，最后对光纤进行模拟分析，并不断进行优化，使其符合要求。 c) 实施方案： 1.大量阅读文献和相关参考书目，掌握光子晶体光纤的基础知识，了解其相关特性和导波原理。 2.学习光子晶体光纤的模拟计算软件，为课题研究做好准备。 3.设计石英基底和非石英基底的光子晶体光纤，分析不同基底对于光纤特性的影响，实现各通信波段光子晶体光纤的设计。 4.撰写论文。 d) 可行性分析： 从1996年光子晶体光纤问世以来，不管在理论方面还是在技术方面都得到了迅猛的发展[21]，本课题组对于光子晶体光纤的研究也在不断进步。而在光子晶体光纤中填充其他材料构成新的光纤的一些光学特性也逐渐明朗，利用现有的一些软件包并对一部分程序进行改进使其适用于所设计的多材料光子晶体光纤，结合不同基底材料的光纤和光纤自身的结构就能够得到一些新颖的光学特性[22]，这些光学特性中当然也包括单模单偏振特性，以使得在不同通信波段实现单模单偏振。 （3）课题的创新点 从光子晶体光纤产生至今，光子晶体光纤的研究多集中于硅质基底的研究，一般通过改变包层中空气孔的大小和间距来对光纤进行优化。本文将改变已经优化了的光子晶体光纤基底材料，改变光子晶体光纤包层空气孔的形状，使光纤表现出更加优良的特性，从而使光纤更适用于某些光学器件中。 －5－
4、研究基础 （1）前期准备工作 在本科阶段通过学习《电磁场理论基础》，《光学》等课程已经掌握了基本的理论知识，以及计算机编程语言《c++语言程序设计》，能够分析和编译一些简单的程序。 在研究生阶段，本人已修完所有研究生课程，并在期间研读了《光纤通信》，《非线性光纤光学》，以及计算机编程语言《Fortran结构化程序与设计》等与课题相关的一些书籍，为本课题的研究作了充分的准备。并且在李曙光老师的细心帮助和引导下查阅了大量的国外相关文献资料，了解了本课题当前研究的最新进展，为更好地完成硕士论文提供了良好的基础。 （2）研究条件和实验条件 1.图书馆丰富的资源，电子数据库充足的文献，发达的网络。 2.课题组已有多年研究光子晶体光纤的经验，具有完成本课题的理论基础与软件支持。 3.与本校和国内其他院校一些研究光子晶体光纤的课题组有良好的合作，可以满足课题研究的实验条件。 4.导师认真负责的指导，同课题组同学之间的互相商讨，为课题的研究提供了保障。 5、可能遇到的问题及对策 （1）研究过程中可能遇到的问题、困难 模拟的最终目的都是为了应用在实际的器件中，所以，设计光子晶体光纤必然要考虑到拉制的问题，设计出同时满足符合条件并且结构简单、易于拉制的光子晶体光纤正是本课题的难点所在。 （2）拟采取的措施 大量阅读相关书籍和文献，掌握光子晶体光纤传输特性的影响因素，多向老师和其他同学请教，并反复进行尝试，使光纤的结构尽量简单化。 －6－
6、进度安排 序号 1 2 3 4 阶段及内容 阅读相关书籍，查找阅读相关文献。 学习光子晶体光纤模拟的相关软件。并设计硅基的光子晶体光纤，调节其结构参数以实现在通信波段单模单偏振区域。 完成非硅基材料光子晶体光纤的设计和模拟，调整其在相应通信波段的单模单偏振。 撰写论文，准备结题。 起讫日期 2014-9~2014-11 2014-12~2015-4 2015-5~2015-9 2015-9~2015-12 阶段成果形式 掌握光子晶体光纤的基础知识，了解课题组的研究状态和课题发展的最新动态 掌握光纤特性模拟的各种算法，初步完成第一种结构的计算 分析整合所有计算的数据，完成一篇科技论文 完成毕业论文 －7－
相关推荐：
loading