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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳佳明
研究生(外文):Chen, Jiaming
論文名稱:光子晶體光纖多核心耦合器
論文名稱(外文):Photonic Crystal Multi-Core Fiber Coupler
指導教授:蔣榮生
指導教授(外文):Chiang, Jungsheng
口試委員:蔣榮生孫迺翔趙嘉信
口試委員(外文):Chiang, JungshengSun, NaihsiangChao, Chiahsin
口試日期:2011-07-22
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:87
中文關鍵詞:光子晶體光纖光子晶體光纖耦合器表面積分方程法
外文關鍵詞:Photonic Crystal FiberPhotonic Crystal Fiber CouplerSurface Integral Equations Method
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在本文中我們提出了一種以表面積分方程法撰寫的模擬程式,並以結構1×4光子晶體光纖耦合器為設計基礎,而其中可分為兩種分析方向,其一為「改變孔洞率」;結合三種分析結果知道,孔洞越小能量分布越容易看出是橢圓。最後一種分析方向為「建立在不同的材料的耦合器,Teflon和摻有Al2O3的材料」去觀察兩種不同材質的耦合器的光能量的變化,後者的耦合結果較為良好。
In this essay, we submit a kind of model equation chosen from Surface Integral Equation method and design base by structure of 1x4 photonic crystal fiber coupler. This can be divided into 2 types of analytical directions.One is "varying porosity" and combine three types of analysis, as a result, we find out that the smaller the hole is, the easier it is to know the energy distribution is elliptical. The final analytical direction is "to set up different materials of coupler, Teflon and material which consists of Al2O3."Let's observe the different kinds of light energy of the two different couplers , the latter coupler is comparatively better finally.
致謝i
中文摘要ii
英文摘要iii
目錄iv
圖目錄v
表目錄viii
第一章 緒論1
1.1 前言1
1.2 研究動機4
1.3 研究方法4
1.4 論文概述5
第二章 數值方法8
2.1 表面積分方程法8
2.2 邊界條件12
2.3 數值程序13
第三章 模擬結果與討論17
3.1 光子晶體光纖模型17
3.2 光耦合器參數22
3.3 2×2光子晶體光纖耦合器26
3.4 1×4光子晶體光纖耦合器模擬模態場型30
3.5 光子晶體光纖光柵之損失量測與分析65
第四章 結論72
參考文獻74
圖目錄
圖1.1 介質導波光子晶體光纖模型示意圖5
圖1.2 光子能隙光纖模型示意圖6
圖1.3 傳統光纖耦合器模型示意圖6
圖1.4 2×2光子晶體光纖耦合器模型示意圖7
圖2.1 波導結構示意圖15
圖2.2 柯西主值積分路徑示意圖16
圖3.1 光子晶體光纖結構示意圖18
圖3.2 光子晶體光纖 〖HE〗_11^x mode 19
圖3.3 光子晶體光纖 〖HE〗_11^y mode 19
圖3.4 光子晶體光纖 〖TE〗_01 mode 20
圖3.5 光子晶體光纖 〖TM〗_01 mode 20
圖3.6 光子晶體光纖 〖HE〗_21^"'" mode 21
圖3.7 光子晶體光纖 〖HE〗_21^"''" mode 21
圖3.8 2×2光子晶體光纖耦合器示意圖22
圖3.9 xeven mode 28
圖3.10 xodd mode 28
圖3.11 yeven mode 29
圖3.12 yodd mode 29
圖3.13 1×4光子晶體光纖耦合器結構示意圖30
圖3.14 Case 1 輸入λ=155 HE11電場圖33
圖3.15 Case 1 輸入λ=155 HE11的功率圖33
圖3.16 Case 1 輸入λ=155 xodd的電場圖34
圖3.17 Case 1 輸入λ=155 xodd功率圖34
圖3.18 Case 1 輸入λ=155 yodd電場圖35
圖3.19 Case 1 輸入λ=155 yodd功率圖35
圖3.20 Case 1 輸入λ=150 電場圖36
圖3.21 Case 1 輸入λ=150 功率圖36
圖3.22 Case 1 輸入λ=145 電場圖37
圖3.23 Case 1 輸入λ=145 電場圖37
圖3.24 Case 1 輸入λ=145 功率圖38
圖3.25 Case 1 之等效折射率(neff)與波長(λ)的關係圖38
圖3.26 Case 2 輸入λ=155 電場圖40
圖3.27 Case 2 輸入λ=155 功率圖40
圖3.28 Case 2 輸入λ=155 xeven電場圖41
圖3.29 Case 2 輸入λ=155 xeven功率圖41
圖3.30 Case 2 輸入λ=150 電場圖42
圖3.31 Case 2 輸入λ=150 功率圖42
圖3.32 Case 2 輸入λ=145 電場圖43
圖3.33 Case 2 輸入λ=145 功率圖43
圖3.34 Case 2 之等效折射率(neff)與波長(λ)的關係圖44
圖3.35 Case 3 輸入λ=155 電場圖46
圖3.36 Case 3 輸入λ=155 功率圖46
圖3.37 Case 3 輸入λ=150 電場圖47
圖3.38 Case 3 輸入λ=150 功率圖47
圖3.39 Case 3 輸入λ=145 電場圖48
圖3.40 Case 3 輸入λ=145 功率圖48
圖3.41 Case 3 之等效折射率(neff)與波長(λ)的關係圖49
圖3.42 Case 1、Case 2、Case3之等效折射率(neff)與波長(λ)的關係圖(洞變化)49
圖3.43 Case 1 輸入λ=140 HE11電場圖51
圖3.44 Case 1 輸入λ=140 HE11功率圖51
圖3.45 Case 1 輸入λ=140 xeven電場圖52
圖3.46 Case 1 輸入λ=140 xeven功率圖52
圖3.47 Case 1 輸入λ=140 yodd電場圖53
圖3.48 Case 1 輸入λ=140 yodd功率圖53
圖3.49 Case 1 輸入λ=145 電場圖54
圖3.50 Case 1 輸入λ=145 功率圖54
圖3.51 Case 1 輸入λ=150 HE11電場圖55
圖3.52 Case 1 輸入λ=150 HE11功率圖56
圖3.53 Case 1 輸入λ=155 HE11電場圖56
圖3.54 Case 1 輸入λ=155 HE11功率圖57
圖3.55 Case 1 輸入λ=155 yodd電場圖57
圖3.56 Case 1 輸入λ=155 yodd功率圖58
圖3.57 Case 1 之等效折射率(neff)與波長(λ)的關係圖58
圖3.58 Case 5 輸入λ=155 電場圖61
圖3.59 Case 5 輸入λ=155 功率圖61
圖3.60 Case 5 輸入 λ=145 電場圖62
圖3.61 Case 5 輸入λ=145 功率圖62
圖3.62 Case 5 輸入λ=150 電場圖63
圖3.63 Case 5 輸入λ=150 功率圖63
圖3.64 Case 5 之輸入等效折射率(neff)與波長(λ)的關係圖64
圖3.65 量測實驗配置示意圖66
圖3.66 光子晶體光纖長週期光柵實體圖67
圖3.67 已拋光處理PCFG於波長(a)1520nm (b)1530nm (c)1540nm (d)1550nm時之光場分布圖68
圖3.68 未拋光處理PCFG於波長(a)1520nm (b)1530nm (c)1540nm (d)1550nm時之光場分布圖69
圖3.69 經拋光處理PCFG的波長響應圖70
圖3.70 未拋光處理PCFG的波長響應圖70
圖3.71 光子晶體光纖光柵之波長與能量損失關係圖71
表目錄
表3.1 光子晶體光纖參數17
表3.2 常見的損失的因素23
表3.3 2×2光子晶體光纖耦合器參數26
表3.4 2×2光子晶體光纖耦合器xeven 、xodd的β、neff 27
表3.5 2×2光子晶體光纖耦合器 yeven 、yodd的β、neff 27
表3.6 1×4光子晶體光纖耦合器參數Case 1 32
表3.7 光子晶體光纖耦合器Case 1的HE11的β、neff 32
表3.8 1X4光子晶體光纖耦合器參數Case 2 39
表3.9 1X4光子晶體光纖耦合器參數Case 3 45
表3.10 1X4光子晶體光纖耦合器參數Case 4 50
表3.11 1X4光子晶體光纖耦合器參數Case 5 60
中文部份
[1]郭建逸 著“Analysis and comparison of all-fiber 2 by 2 Couplers,”國立中山大學碩士論文,中華民國95年。
[2]楊富超 著“Finite-Different Time-Domain Method for Modeling the Photonic Crystal Fibers,”國立中山大學碩士論文,中華民國95年。
英文部份
[1]B. J. Eggleton, P. S. Westbrook, R.S. Windeler, “Strasser.Grating resonances in air–silica microstructured optical fibers.” Opt. Lett., vol. 24, pp. 1460-1462, 1999.
[2]C.-C. Su, “A surface integral equations method for homogeneous optical fibers and coupled image lines of arbitrary cross sections,” IEEE Trans.Microwave Theory Tech., vol. MTT-33, pp. 1114–1120, 1985.
[3]E. Yablonovitch, “Inhibited Spontaneous Emission in Solid-State Physics and
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[4]G. Humbert, A. Malki, and S. Fevrier, “Electric arc-induced long-period gratings in Ge-free airsilica microstructure fibres,” Electron. lett., vol. 39, pp.349-350, 2003.
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[7]J. C. Knight, J.Arriaga, T.A. Birks, A. Ortigosa-Blanch, W. J. Wadsworth, and P.S. Russell, “Anomalous dispersion in photonic crystal fiber,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 12, pp. 807-809, Jul.2000.
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[12]N. Groothoff, J. Canning, and E. Buckley, “Bragg gratings in air silica structured fibers,” Opt. Lett., vol. 29, pp. 233-235, 2003.
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[14]S. John, “Strong Localization of Photons in Certain Disordered Dielectric Superlattices,” Phys. Rev. Lett., vol. 58, pp. 2486-2489, May 1987.
[15]T. P. Hansen, J. Broeng S. E. B. Libori, E. Knuders, A. Bjarklev, J. R. Jensen, and H. Simonsen “Highly birefringent index-guiding photonic crystal fiber,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 13, pp. 588-590, Jun.2001.
[16]T. A. Birks, J.C. Kinght, and P. St. J. Russell, “Endlessly single-mode photonic crystal fiber,” Opt. Lett., vol. 22, pp. 961-963, Jul.1997.
[17]T. Ko, D. Adler, J. Fujimoto, D. Mamedov, V. Prokhorov, V. Shidlovski, and S. Yakubovich, “Ultrahigh resolution optical coherence tomography imaging with a broadband superluminescent diode light source,” Optics Express, vol. 12, pp. 2112-2119, 2004.
[18]X. J. Fang and R. O. Claus, ”Polarization-independent all-fiber wavelength-division multiplexer based on a Sagnac interferometer,” Opt. Lett., vol. 20, pp. 2146-2148, 1995.
[19]Y. Zhu, P. Shum, and H. J. Chong, ” Strong resonance and a highly compact long period grating in a large-mode-area photonic crystal fiber,” Optics Express, vol. 11 , pp. 1013-1015, 2003.
[20]Y. Jiang, P. J Liang, T. Jiang, “Direct measurement of optical phase difference in a 3 × 3 fiber coupler,” Optical Fiber Technology, vol. 16, pp. 135-139, 2010.
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