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研究生:劉建鴻
研究生(外文):Chien-Hung Liu
論文名稱:梯度折射率光子晶體光纖的電磁模擬
指導教授:吳俊傑吳俊傑引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:中華大學
系所名稱:電機工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:94
語文別:中文
中文關鍵詞:時域有限差分光子晶體光纖
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光子晶體光纖的發現表示著一類新型光纖的誕生,由於它具有傳統光纖所無法比擬的特殊的光學特性,在近幾年裡迅速發展,成為光纖研究領域的一個熱點。有些科學家預言它將成為下一代光通信的核心。
本論文介紹了光子晶體光纖發展過程及現狀,和時域有限差分計算模型的建立,通過有時域有限差分法對光子晶體光纖的特性參數進行數值計算模擬,進而系統地討論光子晶體光纖的光學特性,包括對光子晶體光纖的模場分佈,基模有效折射率,波導色散,模場面積等一系列特性參數進行了分析。
另外我們也設計了新型的光子晶體光纖(梯度折射率光子晶體光纖),給出了其設計模型。藉由時域有限差分法,我們對這兩類光纖的光學特性進行深入的探討。
中文摘要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I
英文摘要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II
誌謝. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III
目錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV
圖目錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII
第一章 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1. 1 光子晶體簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1. 2 光子晶體光纖發展現狀及應用前景. . . . . . . . .4
1.2.1全內反射光子晶體光纖. . . . . . . . . . 6
1.2.2帶隙型光子晶體光纖. . . . . . . . . . . 8
第二章 時域有限差分法. . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
2.1 時域有限差分法簡介. . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 差分近似. . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
2.3 Maxwell方程的差分推演. . . . . . . . . . . . 14
2.4 Yee網格. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.5 三維FDTD方程. . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.6 數值穩定性. . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.6.1單胞間隔的穩定性要求. . . . . . . . . .24
2.6.2 時間間隔的穩定性要求. . . . . . . . . .25
2.7 入射波源的選擇. . . . . . . . . . . . . . . . 27
第三章 吸收邊界. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.1 吸收邊界. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
3.2 完美匹配層的吸收邊界. . . . . . . . . . . . . .31
3.3 PML層的電磁場演算. . . . . . . . . . . . . . .34
第四章 光子晶體光纖的FDTD計算模型. . . . . . . . . . . .36
4-1 計算流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
4.2 FDTD在PCF中計算公式的推導. . . . . . . . . 39
4.3 時間步長與單胞間距的選取. . . . . . . . . . . 41
4.4波源設定. . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
第五章 光子晶體光纖的摸擬分析. . . . . . . . . . . . . . .43
5.1 模場分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
5.1.1 改變纖芯結構. . . . . . . . . . . . . 43
5.1.2 改變纖芯周圍空氣柱半徑. . . . . . . . .47
5-2 有效折射率. . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5-3有效模場面積及非線性效應. . . . . . . . . . . 60
5-4 光纖色散. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
第六章 結論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
參考文獻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
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