微结构光纤非线性研究开题报告

1. 研究目的与意义

背景：近年来，微结构光纤（又称光子晶体光纤）作为一种新型的光波导以其优异的高非线性和色散可控等特性成为国际上的研究热点。微结构光纤其实就是在二维光子晶体纵向制造缺陷作为纤芯的光波导。微结构光纤展示出诸多优于普通光纤的新颖特性，例如：可以在很大的频率范围内支持光的单模传输，允许改变纤芯面积以削弱或加强光纤的非线性效应，可灵活地设计色散和色散斜率，提供宽带色散补偿，可以控制色散波长的位置。此类光纤通常由硅和空气构成，沿光纤轴向均匀地排列着空气孔，其结构可以灵活设计。利用微结构光纤还可以观察到比普通光纤更强的非线性效应，主要归因于它的两个特殊性质：小模场面积以及可设计的色散曲线，利用石英金额空气较大的折射率差，可以获得比普通光纤小几十倍的有效模场面积。微结构光纤的非线性具有很强的可控性，与微结构光纤空气孔的气孔，孔间距以及空气填充率f有关。通常用有效非线性系数衡量光纤的非线性。微结构光线在非线性光学，光纤光学，光纤通信等许多领域都具有广阔的应用的前景。

目的及意义：在微结构光纤的制造和应用研究中，准确测量光纤的特征参量具有十分重要的现实意义，非线性系数就是微结构光纤的一个重要且基本的特征参量。微结构光纤(MOFs）的非线性系数可以达到普通光纤的10~100倍，利用长度比普通光纤短得多的微结构光纤可以产生足够强的非线性相互作用，因此利用高非线性的微结构光纤可以获得小巧，紧凑的光通信装置。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：研究微结构光纤的非线性系数与哪些参数有关，如空气气孔间距，孔径，入射光的波长等

预期目标：通过研究微结构光纤参数，调节包层空气孔的结构参量，改善光纤的非线性系数，得到高非线性光子晶体光纤。

3. 研究的方法与步骤

方法1.用全矢量有限单元方法和误差理论分析高非线性微结构光纤包层空气空孔径的不均匀性对非线性系数的影响。有限单元方法分析微结构光纤的基本思想是：将连续的求解区域离散为一组数量有限，按一定方式互相连接在一起的组合体；利用在每一个单元内假设的近似函数分片表示整个求解区域上待求的场函数，然后利用泛函方法，把磁场的波动方程转化为代数特征值方程，求解方程得到微结构光纤的传输模式和场分布。

方法2 .利用自相位调制效应测量微结构光纤的非线性系数。可以利用光纤中的SPM效应对微结构光纤的非线性系数进行实验测量。通过测量输入脉冲的峰值功率，非线性相移量和光纤的有效长度，可以测量微结构光纤的非线性系数。

4. 参考文献

[1]卫艳芬，张霞等，基于高非线性微结构光纤的全光再生研究，光学学报，2007（3）

[2]张亚妮，低损耗低非线性高负色散光子晶体光纤的优化设计，物理学报，2012（8）

[3]孙婷婷，王志等，掺锗微结构光纤的非线性特性研究，激光与红外，

5. 计划与进度安排

2022.1 下达任务书

2022.2.1-2.28 查阅相关资料，熟悉基本理论，完成英文翻译

2022.3.1-3.15 确定具体研究方法和研究内容