含薄介电层微纳光纤传输特性的理论研究

作     者：杨琳 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：范滇元

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：微纳光纤 模场 薄介电层 能流密度 

摘      要：微纳尺度的光子器件在光通信、光传感、光功率传输系统等领域具有广泛的应用前景。微纳光波导是微纳光子器件的基本组成部分，是目前光子学领域的研究热点之一。微纳光纤是一种典型的微纳光波导，因制备简单、损耗低而受到越来越多的关注。 微纳光纤的突出优点之一是其倏逝场可以很强。因此，微纳光纤在光传感器、光耦合器等领域具有巨大应用潜力。另外，微纳光纤的波导色散是常规光纤的千倍以上，在光通信等领域具有潜在应用。而且，通过调控和优化参数，微纳光纤的色散和模场特性可以调谐。 本文首先介绍了微纳光纤的研究背景及论文的结构，随后概述了微纳光纤的基本理论和方法，最后重点讨论了不同的各向同性、各向异性薄介电材料对微纳光纤模场和色散等的影响。本文所做的主要工作如下： (1)基于光纤模式理论，重点数值研究了含有各向同性薄介电层微纳光纤的模场特性，尤其是薄介电层厚度和折射率对模场和能流密度的影响。结果表明，介电薄层的引入对微纳光纤纤芯和薄介电层中的模场特性影响不大，但对外包层中的模场有较大影响。深入研究含有薄介电层的微纳光纤的传输特性，对微纳光纤的制备及应用具有重要的参考价值。 (2)基于光纤模式理论，数值研究了含有各向异性薄介电层微纳光纤的模场和色散特性。结果表明，各向异性薄介电层对微纳光纤的模场和色散特性有较大影响。随着介电层厚度的增加，包层中的能流密度降低，波导色散曲线整体红移。而且，纤芯折射率对波导色散的影响较大，介电层厚度对波导色散的影响不大。与含有各向同性薄介电层的微纳光纤相比较，各向异性介电层对微纳光纤的波导色散产生的影响较大。