1、北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文光子晶體光纖的特性分析及其在全光開(kāi)關(guān)器件中的應(yīng)用姓名:段軍申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專(zhuān)業(yè):電磁場(chǎng)與微波技術(shù)指導(dǎo)教師:任曉敏20060315 都可以用在光子晶體光纖上,但光子晶體和電子晶體兩者在本質(zhì)上是有區(qū)別的。在周期性勢(shì)場(chǎng)中,電子的波函數(shù)滿足薛定諤方程:【一篆V2州,kEm1其中,毛(r=(,+月。,殼為普朗克常數(shù),巨為電子能量,在周期性勢(shì)場(chǎng)中只能取某些本征值。在周期性介質(zhì)結(jié)構(gòu)中,電場(chǎng)矢量E所滿足的麥克斯韋方程可寫(xiě)成:_V2E+V(VE一芋毛(rE=等島E m2其中是介質(zhì)的平均介電常數(shù),s。(,=q(,十R是擾動(dòng)介電常數(shù),c是真空光速。在周期性介質(zhì)中,等品只能取某些本征值,即波

2、的頻率只能取特定的本征值,因此會(huì)存在頻率禁帶,即光子禁帶或光子帶隙。光子品體雖然是一個(gè)比較新的名詞,但在自然界中早已存在著具有光子晶體結(jié)構(gòu)的物質(zhì),盛產(chǎn)于澳大利亞的寶石蛋白石即為一個(gè)例子,蛋白石是由二氧化硅奈米球沉積形成的礦物,其色彩繽紛的外觀與色素?zé)o關(guān),而是因?yàn)樗鼛缀谓Y(jié)構(gòu)上的周期性使它具有光子能帶結(jié)構(gòu),隨著能隙位置不同,反射光的顏色也跟著變化。在生物界中,也有光子晶體的蹤跡,以花間飛舞的蝴蝶為例,其翅膀上的美麗色彩,其實(shí)是鱗粉上排列整齊的次微米結(jié)構(gòu)選擇性反射日光的結(jié)果(圖2.3。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)澳大利亞海老鼠的毛也具有六角晶格結(jié)構(gòu),為生物界光子晶體的存在又添一例。 圖2.3蝴蝶翅膀上的晶體結(jié)構(gòu) 北京

3、郵電大學(xué)碩士論文余地,可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)PcF的光傳輸特性,所以它激起了人們濃厚的興趣。 圖2.7第一根光子晶體光纖截面圖光子晶體光纖實(shí)際上是一種帶有線缺陷的二維光子晶體,該缺陷可以是空氣,也可以是二氧化硅,根據(jù)引入缺陷的不同,形成了兩種導(dǎo)光機(jī)制完全不同的光子晶體光纖:光子帶隙PcF和全內(nèi)反射PCF。最初提出PcF概念的時(shí)候,希望利用光子禁帶效應(yīng)來(lái)導(dǎo)光。如圖(2.8a所示的PCr中,在纖芯處引入了一個(gè)大空氣孔作為缺陷,就會(huì)在光子帶隙中產(chǎn)生缺陷態(tài),PCF就可以利用這個(gè)缺陷態(tài)沿著光纖方向?qū)Ч狻＿@種光子晶體光纖利用光子帶隙導(dǎo)光,因此被稱(chēng)作光子帶隙光子晶體光纖(Photonic Band Gap PCF。光子帶隙PCF對(duì)空氣孔的大小和排列有很高的要求,只有空氣孔相當(dāng)大(孔直徑不小于孔間距的40%,并且空氣孔嚴(yán)格按照周期性排列時(shí),光