光子晶体光纤模拟.pptx

基本原理光子晶体光纤又被称为微结构光纤，它的横截面上有较复杂的折射率分布，通常含有不同排列形式的气孔，这些气孔直径一般在波长量级且贯穿整个器件。

1典型结构(横截面图)030201折射率引导型光子晶体光纤(修正的全内反射型)空气孔(柱)基质材料(石英)

光子带隙型光子晶体光纤

a.极宽的单模工作范围b.大模面积单模特性d.可调的色散特性e.高双折射特性(1)折射率引导型主要特点:包层有效折射率可在很大的范围内变化：c.高非线性

光子带隙型低损耗、低色散、低非线性光传输

纤芯

实芯光子晶体光纤（b）空芯光子晶体光纤

低传输损耗带隙光纤

保偏(高双折射)光子晶体光纤

（原理图）(堆积图)堆积

折射率设置应用软件的周期结构波导排布工具,可以方便地实现光子晶体及光子晶体光纤的排布。

一维光子晶体：在一个方向上折射率周期性分布二维光子晶体：在两个方向上折射率周期性分布三维光子晶体：在三个方向上折射率周期性分布

二维光子晶体(XZ面折射率周期排布）传输方向

传输方向

Cubic:矩形结构横截面上折射率周期排布Hexagonal：六角结构光子晶体光纤结构:Cubicrings:环形矩形结构Hexagonalrings：环形六角结构

Hexagonalrings环形六角结构

L=0L=1L=2

L=0,M=3

程序文件名空气孔层数

折射率柱形状：1Ellipse:椭圆形2Square:矩形3.indfile来自.ind文件4

Square:矩形

Ellipse:椭圆形

最终结果：蜂窝结构

原理说明

需要考虑到的光子晶体光纤特点:无限单模特性当d/Λ0.406时,光纤为单模光纤归一化频率:少模特性当d/Λ=0.406时,光纤能够以较少模式传输存在泄露损耗假模的存在

稳定模式

（b)假模(pseudomode)

矢量特性由于组成光子晶体光纤的两种材料(空气\石英)的折射率差大(约为1.45-1=0.45),因此需要采用矢量算法来进行计算。由理论分析知，其基模实际由沿X和Y方向偏振的两个线偏振模组成，两者是简并的。

知识点:矢量类型选择标量法：适用于介电常数在X和Y方向变化很小的情况（弱导）全矢量法：考虑X和Y方向场的耦合，适用范围最广。半矢量法：适用于X和Y方向的场分量没有耦合的情形

二维波导:只有半矢量和标量法三维波导:半矢量法中TE模指X偏振模,TM模指Y偏振模

标量

半矢量

全矢量

偏振选择

波导结构

a标量解

b半矢量解(TE极化-x偏振）

c半矢量解(TM极化-y偏振）

d全矢量解

以全矢量法结果为参考,比较其它几种方法的结果

半矢量TM标量法半矢量TE

标量解neff=1.447771误差6.2e-5半矢量解(TE极化)neff=1.447718误差2.5e-6(TM极化)neff=1.447716误差0.5e-6全矢量解neff=1.447719误差3.5e-6（参考解:1.447715527,9.546E-10(多极法)）

(6)关键参数Λ,Periodd,widthheight

3举例模式求解计算由3层空气孔组成，空气孔直径d/Λ=0.4,周期Λ=5μm纤芯由一个实芯棒组成的光子晶体光纤的模式。

无需先设置初始对话框,直接先定义波导结构

[2]修改相应参数周期Period调整为5微米

调整前(缺省计算工具)

调整后

计算结果

修改波导长度L(1024微米?5240微米)基模

损耗计算=0.04dB/m01计算公式：02dB/m03上例中，有：(参考解9.5461E-10)04

分析内容基本原理有意地引入结构的不对称性，从而获得X和Y方向偏振的基模不同的模场分布和模式有效折射率不同周期下,光纤双折射值的大小(2)高双折射光子晶体光纤的计算

[1]模拟结构基本参数:width=Period*.4,大空气孔的直径width2=Period*.8

Ctrl+向上/向下键,获得中心一行空气柱

单次计算类型为:模式求解

扫描结果(有效折射率曲线)

双折射计算03采用软件自带的后处理工具对保存的数据的运算02双折射越大，两线性偏振模之间的耦合系数就越小，越有利于偏振态的保持。01双折射定义B=|neff.TE-neff.TM|

文件后缀例：bi_TE.nes文件绘图文件名：*.pne?数据文件名*.nes(有效折射率.psc?数据文件名*.scn(监视器结果)plot绘图

周期(横坐标)有效折射率(纵坐标)

可采用相应的命令,处理光束传播法得到的数据,以获得所需的信息常用命令bdconv---矩阵操作bdutil---计算重叠积分、光栅系数、模场大小等bmp2ind---转换位图文件为自定义折射率分布