设计了一种用于产生超连续谱的新型高非线性光子晶体光纤结构,其光纤包层空气孔大小从内到外呈凹型分布,将最内层空气孔直径d1和最外两层空气孔直径d5和d6设置为较大值以分别获得高非线性和低损耗特性; 为了降低光纤制作难度,将第二至第四层空气孔直径设置为相同。基于多极法分析了光纤包层空气孔间距Λ和各层空气孔直径对色散、非线性系数和损耗的影响规律,并设计了最佳结构参数。仿真结果表明,该结构光纤双零色散点分别为798和1260nm,色散极大值为71.6ps·nm-1·km-1,在0.72~1.3μm波长范围内,色散斜率小于0.81ps·km-1·nm-2,780nm处的非线性系数为153.2W-1·km-1,800nm处损耗为3.1×10-3dB/km,性能相比市场同类型光子晶体光纤更具优势。

利用全矢量有限元法分析了光子晶体光纤(PCF)的结构参量对其本征模场分布的影响。数值计算结果表明, 具有多层空气孔、多层纤芯、大孔间距和大占空比的结构更有利于将光场约束在纤芯中, 纤芯层数、孔间距和占空比的增加均会导致PCF本征模场出现更高阶次的模式。纤芯层数和孔间距的增加会对由占空比减小所引起的功率泄漏进行一定的补偿, 通过减小空气占空比、增加纤芯层数和孔间距, 可实现大模场单模传输的可行性。对于4层空气孔、2层纤芯、占空比为0.01、孔间距为20 μm的PCF, 在保证单模传输的条件下, 纤芯半径可达40 μm, 有效模面积为3717 μm2, 纤芯功率集中度为68.32%。

提出了一种工作于太赫兹波段的、基于半圆柱形“不平坦”InSb基底结构的混合等离子体波导.分析了半导体材料InSb的相对介电常量随工作频率的变化特性, 重点研究了该混合波导以及两种不同形变结构的有效模场面积、传播长度、品质因数、能量分布等随波导工作频率、波导尺寸的变化情况.结果表明, 本文提出的“不平坦”基底结构波导可以达到与传统结构几乎相同的传播长度, 有效模场面积较传统结构减小了一个数量级以上, 具有非常强的模场约束性, 适合于太赫兹频段高密度集成电路中的应用.

首先建立了一种由相同宽度的金属带，SiO2间隔层与Si介质脊构成的导体-夹层-硅基结构(Conductor-Gap-Silicon,CGS)的混合等离子激元波导模型，分析了间隔层的厚度以及波导宽度对模式传输特性的影响，提出了模场面积为0.08 μm2与430 μm传输距离的设计方案。在此基础上，通过增加数值模型中介质脊的宽度而形成硅基板CGS波导结构。数值分析结果表明：硅基板CGS波导可将模式有效折射率增至2.8，同时传输长度能够延长到1.74 mm。并且模场面积可以进一步压缩到0.025 μm2。此外，硅基板CGS波导制作更加简便，并可采用现有COMS制作技术完成，进而具有较大的实用前景。

设计了一种包层为椭圆孔排列的六边形结构SF57软玻璃光子晶体光纤,在其纤芯区域引入了菱形排列的四个小椭圆孔.利用有限元法模拟了该光子晶体光纤的双折射和有效模场面积,获得了波长1.55μm处双折射为1.01×10-1,x和y偏振的有效模场面积分别为1.52μm2、1.55μm2的高双折射低有效模场面积光子晶体光纤.且对该光纤的结构参数进行了实验制作的容差性分析,得到了较大的制作容差对其光纤的双折射影响很小,具有较好的偏振稳定性.

设计了一种高双折射低有效模场面积的光子晶体光纤(PCF)。利用有限元法依次研究了三层椭圆孔光子晶体光纤在纤芯中引入矩形排列的四个小椭圆孔，及其基础上再引入一个中心椭圆缺陷孔的五个小椭圆孔情况下的双折射和有效模场面积。研究表明：纤芯区域矩形排列的小椭圆孔主导了光子晶体光纤的双折射，中心椭圆缺陷空气孔中填充高折射率的材料可以获得更高的双折射和更低的有效模场面积，且波长1.55μm处光纤双折射达到了5.49×10-2，x与y偏振有效模场面积分别低至3.05μm2、2.42μm2。

为了得到高非线性低损耗光子晶体光纤，设计了八角格子圆形空气孔组成的光子晶体光纤结构。利用全矢量有限元法并结合完美匹配层吸收边界条件，对该光子晶体光纤的纤芯材料折射率、非线性系数和限制损耗进行了数值模拟。数值模拟结果表明，该光纤呈现高非线性、低损耗和较好的模场约束能力。调整光纤参数为d1=0.77 μm，d2=0.86 μm时可以得到更好的结果，在波长1.55 μm处获得高的非线性系数37.6 km-1·W-1和低限制损耗0.7×10-17 dB/km。

光纤的数值孔径是光纤的重要参数, 大数值孔径光纤在激光器和激光感应荧光系统中有很好的应用前景。 光子晶体光纤的数值孔径与传统阶跃型光纤不同, 它与光波长有密切的关系。 因此, 本文用光谱仪测量了不同结构的折射率引导型光子晶体光纤的数值孔径, 并进行了数值模拟, 研究了光波长、 包层空气孔直径、 孔间距等对光子晶体光纤数值孔径的影响, 同时对光子晶体光纤的非线性系数、 宏弯损耗、 截止波长、 有效模面积等与光波长有关的参数进行了研究, 取得了满意的结果

基于带有各向异性完全匹配层吸收边界条件的紧凑二维频域有限差分法(2D-FDFD)对八角格子光子晶体光纤(O-PCF)的模式分布、模式截止特性以及色散特性进行了数值模拟。通过计算八角格子光子晶体光纤前20个模式分布发现,其模场形状比六角格子光子晶体光纤(H-PCF)的好,更接近于圆形; 利用有效面积方法分析了八角格子和六角格子光子晶体光纤基模和二阶模的截止特性,得到了非限制模、基模和多模的相图。比较发现相同填充率和空气孔间距时,八角格子光子晶体光纤的单模运转区域要比六角格子光子晶体光纤的宽,且更易用于色散补偿。