圆形空气孔光子晶体光纤中光子轨道角动量模式特性分析.docx

摘要：随着信息时代的飞速发展，人们对于通信容量的需求急剧增长，现有光纤通信系统已经不能满足人们的需求。为了解决通信容量危机，新技术不断涌现，近期另外一种方法得到了广泛的关注，即基于多芯光纤（MCF，Multi-core fibers）和多模光纤(MMF,Multi-mode fiber)的空分复用（SDM,Space division mutiplexing）通信系统。

     因为，多模光纤所支持的模式为矢量模式，但是在弱导条件下矢量模式将会发生简并，形成LP模式。而光的轨道角动量（OAM. Orbital angular momentum）模式具有低损耗、相对均匀的色散系数、大的有效模场面积，特别是模式的传输区域和包层具有高折射率对比以确保OAM传输模式不会耦合进LP模式等优点，所以OAM在光纤中的传输是目前的研究热点。

本文首先分析了OAM在光纤中传输的理论基础，设计了一种圆形空气空光子晶体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，包括各层半径以及波长对光纤的损耗，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，但是光纤的损耗也随之增大。

【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

1.绪论-1

1.1研究背景及意义-1

1.2 光轨道角动量的研究现状-2

2.光纤中OAM理论基础-4

2.1 光纤中的模式分析-4

2.2 光子晶体光纤中的OAM 模式-8

2.3 光子晶体光纤的分析方法-有限元法-8

2.4 基于有限元法的COMSOL仿真软件-9

3.圆孔型光子晶体光纤的设计与OAM模式分析-11

3.1 圆孔型光子晶体光纤模型的设计、建立-11

3.2 仿真及数据处理-12

4.圆孔型光子晶体光纤中OAM的模式特性分析-15

4.1有效折射率Neff-15

4.2有效折射率差ΔNeff-16

4.3衰减常数-16

4.4有效模场面积Aeff-18

4.5非线性系数γ-20

5.总结与展望-22

5.1 论文总结-23

5.2研究展望-23

参考文献-24

致谢-25