三角形空气孔光子晶体光纤中光子轨道角动量模式特性研究.doc

【摘要】随着信息系统的快速发展，人们对通信容量的需求也越来越大，已如今的光纤通信系统已经无法满足人们日益增长的需求。那么为了解决通信容量不足的危机使得各种各样新的技术不断出现,其中最有前景的是光纤轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）。由于其具有不同拓扑电荷数的OAM模式在空间中具有正交性，且理论上其拓扑荷可取无穷个，在通信系统中利用OAM光束作为信息载体的研究逐步引起大家的广泛关注。

在OAM光通信中传输媒介是其关键，到目前为止OAM的传输媒介主要有自由空间和光纤两种。在自由空间光通信中，目前的传输速率可达Tbit/s量级，OAM模式数量也能达到几十个。但是OAM光束在自由空间中传输缺点很多例如：很容易易受到大气环境变化和外界干扰，传输距离较短，能量分布发散，所以OAM在光纤中的传输则是目前的研究热点。

本文首先分析了OAM在光纤中传输的理论基础，设计了一种三角形空气孔光子晶体OAM传输光纤。然后应用基于有限元法的COMSOL软件，仿真分析了光纤的各个结构参数，非线性系数的影响，从而分析光子轨道角动量OAM的模式特性。

当波长增大时光纤的有效折射率减小，有效折射率差随之增大光纤的传输更加的稳定。波长增大时，光纤的有效模场面积增大、非线性系数减小、光纤的传输效果随之提高。

【关键词】光子晶体光纤； 轨道角动量；非线性系数；有效折射率。

目录

摘要

Abstract

第1章绪论-1

1.1研究背景及意义-1

1.2光子轨道角动量简介-2

1.3轨道角动量复用技术的研究进展-3

1.3.1自由空间中轨道角动量光束传输的研究进展-3

1.3.2光纤中轨道角动量模式传输的研究进展-3

第2章光轨道角动量的理论基础与研究方法-4

2.1光子轨道角动量的理论基础-4

2.2光子晶体光纤的分析方法-5

2.3 Comsol 软件介绍-6

第3章 光纤中的轨道角动量模式-7

3.1光子晶体光纤中轨道角动量模式-7

3.2普通光纤中轨道角动量模式-12

第4章三角形空气孔光子晶体光纤的机构设计及OAM的模式特性分析-13

4.1三角形空气孔光子晶体光纤中光子轨道角动量结构设计-13

4.1.1三角形空气孔光子晶体光纤结构设计-13

4.1.2三角形空气孔光子晶体光纤结构中轨道角动量模式特性-13

4.2三角形空气孔光子晶体光纤中光子轨道角动量的模式特性分析-14

4.2.1有效折射率-15

4.2.2有效折射率差-16

4.2.3有效面积-16

4.2.4非线性系数-18

第5章总结与展望-19

5.1总结-19

5.2研究展望-20

参考文献-20

致谢-21