基本信息
- 项目名称：
- 光子晶体光纤模式特性研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- PCF具有巨大的研究前景和经济效益。本文就是在这种背景下开展研究的。通过比较选用有限元分析法，并通过模场分析验证其可行性，并得到PCF的一些特性的决定因素，有着十分重要的意义，可应用到通信、航空、生物、军事、医药、环境等科技领域。
- 详细介绍：
- 本文阐述了PCF提出以及目前发展和展望，通过比较几种数值分析方法的优劣，选择了有限元分析法。利用有限元法对微结构光纤进行了模拟,取得了较为精确的解，为实验研究做好了理论上的准备。 特别是利用矢量有限元法分析二维微结构光纤中光场分布,简单而又行之有效。然后建立了模场进行分析，得出的结果验证了有限元法精确性以及可行性，具有深远的意义。 在模场分析中，通过改变边界条件，总结出PCF的一些特性的决定因素，这在实际应用中有着十分重要的价值，通过一些变量的改变，能够得到所需的PCF。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 光子晶体光纤的研究作为前沿科技，具有广泛的应用前景，得到科学界极大的关注。本论文就是通过对光子晶体光纤模式特性研究，来得到PCF特性的一些决定因素，这在实际应用中有着十分重要的价值。
科学性、先进性及独特之处
- 本文通过比较PCF几种数值分析方法，选择了有限元分析法对微结构光纤进行了模拟,为实验研究做好了理论上的准备。并用矢量有限元法分析二维微结构光纤中光场分布,然后建立了模场进行分析，得出的结果验证了有限元法精确性以及可行性。 在模场分析中，通过改变边界条件，总结出PCF的一些特性的决定因素，这在实际应用中有着十分重要的价值，通过一些变量的改变，能够得到所需的PCF。
应用价值和现实意义
- 光子晶体光纤应用预期可涉及到通信、航空、生物、军事、医药、环境等科技领域。通过本课题研究，建立了模场进行分析，得出的结果验证了有限元法精确性以及可行性，具有深远的意义。在模场分析中，通过改变边界条件，总结出PCF的一些特性的决定因素，这在实际应用中有着十分重要的价值，通过一些变量的改变，能够得到所需的PCF。可以将理论应用到设计实际所需光子晶体光纤中。应用领域十分广泛，具有很大的经济效益。
学术论文摘要
- 利用有限元法对PCF进行经过简化的矢量波动方程模拟计算,获得了所需要的模场分布、有效折射率、色散等参数,并与实验数据相参照验证了这种方法的准确性和精度。与其他方法相比具有更快的计算速度,计算所得到的结果对将来设计和拉制微结构光纤很有帮助,并且这种方法在设计不规则的微结构光纤方面具有很好的优势。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]廖延彪. 光纤光学.[M]. 北京: 清华大学出版社. 2000:68 [2] Birks T A, Knight J C, Russell P.St.J, et al. “Endless single-mode photonic crystal fiber[J],”Opt.Lett,vol.22,no.13,July 1997,pp:961-963 [3]金建铭著，“电磁场有限元方法”, 王建国译，葛得彪校，西安电子科技大学出版社，西安，1998 [4]BRECHET F, MARCOU J, PAGNOUX D, et al. Com2plete analysis of the characteristics of propagation into photonic crystal fibers by the finite element method [J]. Optical Fiber Technology, 2000, 6: 181 - 191. [5]吴屯庆，”光波导理论，”Znd，Ed.:清华大学出版社，2005 [6]关铁梁.光子晶体光纤.激光与光电子学进展,2002 [7]于荣金.塑料通信光纤.光电子﹒激光,2002 [8]王秉中.计算电磁学.北京:科学出版社,2002 [9]佘守宪.导波光学物理基础.北京:北方交通大学出版社,2002 [10]栗岩锋，王清月，胡明列，光子晶体光纤的矢量有效折射率分析方法，中国激光，2004，31(11):1332一1336 [11]任国斌，娄淑琴，王智等，等效折射率模型研究光子晶体光纤的色散特性，光学学报，2004，24(3):319一323
同类课题研究水平概述
- 作为二维光子晶体的一种应用，光子晶体光纤表现出某些普通光纤所不具备的特性，在光通信领域具有广泛的应用前景，引起了人们极大的关注。1996年,在OFC(Optical Fiber Communications)会议上,英国Bath大学的J.C.Knight等人作了关于光子晶体光纤的报告,标志着一种新型光纤的诞生，揭开了光纤发展历史新的一页。在此后近十年的时间里，更多的学者投身于该方向的研究，PCF所表现出的种种特性,简直让人目不暇接,着实令学术界和产业界欣喜万分，更加丰富了这类新型光纤的理论和实验资料。 如今，主要有两大类数值方法研究光子晶体光纤，第一类是已有的用于分析光波导的通用的数值方法。这类方法由于具有通用性强、结果可靠等特点，很快被应用于研究光子晶体光纤，其主要缺点是由于未考虑光子晶体光纤的特点，因而计算量较大，精度方面一般也稍差一些，但在不少场合也已经够用。第二类是专门针对光子晶体光纤或光子晶体提出来的新方法，这类方法针对性强，在计算方面有其优势，如平面波展开法在计算光子带隙，周期孔包层模的有效折射率效果好、计算量小；多极法可以获得很高精度的模式有效折射率和损耗值等。这类方法主要是针对光子晶体光纤的频域特性的。在需要对光子晶体光纤进行时域分析（如研究光子晶体光纤中的非线性现象、耦合问题）时，一般仍需要采用时域有限差分法或光束传播法来进行计算。 最近几年以来，光子晶体光纤在制造技术上日益成熟，新结构光纤的发展使我们对于传统光纤概念的理解正在发生着改变，基于该技术原理的大规模应用也逐渐开展起来。
