长周期光纤光栅模式与耦合的研究

长周期光纤光栅是在光纤纤芯中沿轴向形成折射率周期性调制的带阻型光纤器件。与光纤布拉格光栅不同，它表现为前向传播的纤芯基模与同向传播的各阶次包层模式在特定波长的耦合。研究了纤芯基模、包层模式（HE1t/EH1t）及其有效折射率随波长的变化，研究了纤芯基模与包层模式（HE1t/EH1t）的耦合系数。研究表明，纤芯基模与一阶低次包层模式的有效折射率随波长增大而减小，纤芯基模与HE1t产生的耦合系数远大于与EH1t的耦合系数，并且包层模式次数较低时，耦合系数随次数的升高而增加。这与以前的研究结果有所不同。     

包层模谐振特种光纤及传感特性研究

研究了一种具有双包层结构的包层模谐振特种光纤,该特种光纤具有一个低折射率内包层,基于耦合模原理,纤芯模与包层模之间发生谐振耦合,从而获得具有带阻特性的传输光谱.系统介绍了包层模谐振光纤的制备、传输原理及其弯曲、溶液折射率、折射率/温度双参量等传感特性.实验和理论研究结果表明,包层模谐振特种光纤对于弯曲、溶液折射率参量具...     

光纤纤芯及包层模有效折射率计算及仿真

光纤结构设计、模间色散求解、光纤光栅模式耦合等问题的研究, 都需要对光纤纤芯及包层模的有效折射率进行精确计算. 本文以光纤三层结构模型为基础, 结合该模型下的模式本征方程, 使用截弦法求解了纤芯模有效折射率, 并将计算结果与COMSOL软件模拟的对应纤芯模的传输光场进行对比, 验证了计算结果正确.使用区间遍历算法对包层模有效折射率进行了求解, 与已有的传统方法相比, 该方法可以有效防止求解过程中根的遗漏、避免特征方程产生的奇点, 并能保证模式的正规性.本文采用Mathematica软件对求解过程进行仿真, 获得了纤芯模和包层模有效折射率与波长关系曲线. 关键词： 光纤传输模式 有效折射率 截弦法 区间遍历算法     

低串扰低弯曲损耗环形芯少模多芯光纤的设计

针对少模多芯光纤中存在的纤芯内模式间的耦合及芯间模式耦合等问题,提出一种阶跃型环形芯组成的7芯结构光纤,每个纤芯可支持5个模式.各纤芯具有一个中心低折射率区域和一个高折射率环,保证纤芯内模式间均具有较大的折射率差,从而减小模式间耦合问题.运用有限元法模拟分析了中心纤芯和外纤芯的弯曲损耗、模式间的串扰特性及纤芯参数对串扰性能的影响.数据模拟结果表明,当波长为1.55μm,这种多芯光纤在弯曲半径为50 mm时,弯曲损耗远低于光纤衰减损耗,且纤芯中5个模式的相邻纤芯之间串扰均小于-20 dB/100 km,因而这种多芯光纤在小弯曲半径下仍可实现纤芯间独立的长距离信息传输.     

空芯光子带隙光纤成栅机理及特性研究EI北大核心CSCD

利用有限元法和局域耦合模理论对空芯光子带隙光纤成栅机理进行了分析。建立了空芯光子带隙光纤包层空气孔塌缩模型,分析计算了纤芯基模(LP01)和一阶包层模(LP11)在塌缩区域内有效折射率分布和耦合系数分布,得到了LP01和LP11耦合的传输谱。在此基础上研究了光纤结构参数(空气孔直径和孔间距)、光栅参数(光栅周期和周期个数)、塌缩程度和塌缩方式对谐振波长的影响。研究结果表明,随着空气孔直径的增大、孔间距的减小、光栅周期的增大和塌缩程度的减小,其谐振波长向短波方向发生漂移;随着周期个数的增大,其谐振波长未发生明显漂移;此外,与圆对称塌缩相比,非对称塌缩谐振波长向短波方向移动。     

结构性改变长周期光子晶体光纤光栅成栅机理研究

详细分析了光子晶体光纤包层气孔塌缩对光纤传输特性的影响,建立了包层气孔塌缩结构模型,利用有限元法和局域耦合模理论对环形结构改变下形变区域的有效折射率分布和模式耦合系数进行了计算,得到了调制区域各模式的有效折射率和耦合系数分布.研究了基模和包层模的耦合规律,得到了纤芯基模(LP01)和包层模(LPll,LP02)耦合下的...     

少模光纤长周期光栅双峰谐振及双参量传感

在少模光纤中写制的纤芯LP_(01)模式向纤芯LP_(11)模式耦合的长周期光纤光栅具有双谐振耦合现象,且该双谐振耦合峰随着温度或应变的增加向相反的波段漂移,从理论和实验上揭示了该现象产生的机理,并基于该现象及特性设计了温度、应变双参量传感器。与传统的基于纤芯基模与包层模耦合的长周期光纤光栅传感器相比,该传感器具有折射率不敏感、光谱稳定、灵敏度高等优势。     

微结构芯大模场平顶光纤及其传输特性分析

通过在纤芯引入非均匀分布的高折射率介质柱, 获得了大模场面积、平顶型模场分布的新型微结构光纤. 运用数值仿真, 分析了光纤在不同的结构参数下的模场面积、基模模场分布等特性. 研究结果表明: 通过合理设计光纤的包层和纤芯参数, 可以实现有效的平顶模场分布. 在工作波长为1064nm时, 平顶光纤的基模模场面积可以达到1655μm². 关键词： 大模场面积 平顶光纤 微结构芯 数值仿真     

环绕空气孔结构的双模大模场面积多芯光纤的特性分析

将多芯光纤与无芯空气孔结构结合,设计了一种具有大模场面积的十九芯双模光纤结构.该结构由位于中心的5根常规纤芯及环绕其周围的14根空气纤芯按正六边形排布构成,能实现稳定的双模传输,其基模有效模场面积的最小值约为285.10μm~2.系统地分析了影响模式传输特性和模式有效模场面积的结构参数:纤芯间距、相对折射率差和纤芯大小.通过对这三个参数的优化,在双模传输的条件下,增大基模的有效模场面积.此外,具有大模场面积的多芯双模光纤结构具有良好的抗弯曲特性,基模弯曲损耗小于5×10~(-5)dB/m.该结构还具有制作简单、设计灵活等优点,适用于高功率光纤激光器和光纤放大器.     

面向模分复用的偏振保持领结型椭圆芯少模光纤的设计

提出了一种弱耦合领结型椭圆芯应力保偏少模光纤(PM-FMF),通过使用高折射率纤芯,所提出的光纤可在1505～1585 nm波段下,支持32个独立的本征模式。椭圆纤芯和领结型应力区的引入,有效地分离了相邻的本征模式。采用有限元法对领结型椭圆芯应力PM-FMF的纤芯及领结型应力区的结构参数进行优化。评估了光纤参数对模式数量、模式间的最小有效折射率差、模态双折射、应力双折射以及弯曲损耗的影响。此外还分析了该光纤的带宽性能,包括模式间的有效折射率、有效折射率差、差分模式时延(DMD)。经数据分析,在1505～1585 nm波段下,该光纤支持的32个本征模式是完全分离的,相邻模式之间的最小有效折射率差大于1.295×10?4。所提出的弱耦合保偏少模光纤能够提高传输容量,在本征模式复用传输中具有潜在的应用前景。     

硅薄膜的短波红外光学特性和1.30μm带通滤光片

在短波红外区域(1～3μm),硅薄膜材料因其具有折射率高、透明性好、膜层应力易匹配等诸多优点而得到广泛应用。基于改进后的Sellmeier模型拟合出了制备的硅薄膜的短波红外光学特性,以此为基础,选用硅和二氧化硅两种材料,设计并制备出中心波长在1.30μm,相对带宽2.46%的带通滤光片。利用了硅薄膜在波长小于1.0μm波段的吸收特性较好地扩展了带外截止范围。测量结果表明,具有2个谐振腔的带通滤光片峰值透射率达到85.8%,半功率带宽控制在约32nm,带外截止范围覆盖了波长小于1.75μm的光谱区域。     

Surface plasmon resonance-induced tunable polarization filters based on nanoscale gold film-coated photonic crystal fibers

Surface plasmon resonance induced tunable polarization filters based on nanoscale gold film-coated photonic crystal fibers were proposed and analyzed. The characteristics of the polarization filter were calculated by finite element method(FEM). The gold film was selectively coated on the inner wall of one cladding air hole which was located near the fiber core along the y-axis direction. When the phase of core fundamental mode and surface plasmon polaritons(SPPs) mode matches,the two modes couple with each other intensely. Numerical results show that the resonance wavelength and strength vary with fiber structural parameters and the index of the infilling liquid. The fiber parameters were optimized to achieve specific functions. Under the optimal structure, we realized a dual channel filter at the communication wavelength of 1.31 μm and1.55 μm for y polarization direction and x polarization direction. Then a single channel polarized filter at the communication wavelength of 1.55 μm is also achieved by adjusting the refractive index of the infilling liquid. The proposed polarization filters realized dual channel filtering and single channel filtering simultaneously under the same structure for the first time to the best of our knowledge.     

Design of diamond-shape photonic crystal fiber polarization filter based on surface plasma resonance effect

A novel plasmonic polarization filter based on the diamond-shape photonic crystal fiber(PCF) is proposed. The resonant coupling characteristics of the PCF polarization filter are investigated by the full-vector finite-element method. By optimizing the geometric parameters of the PCF, when the fiber length is 5 mm, the polarization filter has a bandwidth of 990 nm and an extinction ratio(ER) of lower than -20 dB. Moreover, a single wavelength polarization filter can also be achieved, along with an ER of -279.78 dB at wavelength 1.55 μm. It is believed that the proposed PCF polarization filter will be very useful in laser and optical communication systems.     

光子晶体光纤色散补偿特性的数值研究

利用矢量有效折射率方法对光子晶体光纤（PCF）的色散补偿特性进行了数值模拟，研究发现通过调节光子晶体光纤包层的空气穴节距或空气穴大小可以灵活地设计光子晶体光纤的色散系数D、色散斜率Dslope以及κ值，可以设计在波长1.55μm附近具有较大绝对值的正常色散和负色散斜率的色散补偿光子晶体光纤，使光通信中的普通单模光纤（G.652）或非零色散位移光纤(G.655)在1.55μm低损耗窗口得到较好的色散补偿.数值模拟和分析表明色散补偿光子晶体光纤的研制具有很大的发展潜力. 关键词： 光子晶体光纤 色散 色散斜率 色散补偿     

长周期光纤光栅包层模特性及其对传输谱的影响

从模式耦合理论出发,用数值计算的方法分析了长周期光纤光栅的包层模中各不同阶次模式的有效折射率及其交/直流耦合系数随波长以及阶次的变化规律.研究发现包层膜有效折射率、直流耦合系数及奇数阶次的交流耦合系数都随着波长的增加而减小.而阶次高的模式对应的有效折射率以及奇数阶交流耦合系数随波长的变化速率较之低阶次的来说要大.进一步分析了直流耦合系数对谐振峰值位置的影响,并且揭示了相邻谐振波长的峰值位置之差随波长而逐渐增大的原因.     

Highly sensitive cladding-etched arc-induced long-period fiber gratings for refractive index sensing

We have investigated the effects of cladding etching in arc-induced long-period fiber gratings. Comparing the position of the resonant wavelengths at each diameter with the corresponding theoretical dispersion curves of effective refractive index, it is found that some of the resonances show a better match with anti-symmetrical cladding modes, while others with symmetrical cladding modes. Etching the cladding diameter to ∼39 μm, results in coupling to a high-order cladding mode that is very sensitive to changes in the ambient refractive index. The resonant peak shifts remarkably (∼230 nm) toward shorter wavelengths as the external refractive index increases. This sensitivity is higher than any previously reported in arc-induced long-period fiber gratings.     

Design for broadband high-efficiency grating couplers

In this Letter, we propose general optimization methods to design broadband high-efficiency grating couplers for planar waveguides. We attribute the coupling bandwidth to the mismatch of effective indices between the diffracted beam and the actual grating structure around the operation wavelength for fiber to waveguide excitation. The coupling bandwidth formula is deduced. A simple parameter-separate optimization procedure is proposed for general layered grating couplers for high coupling efficiency. Using our principle, we optimized a grating coupler for a horizontal slot waveguide operating at wavelength 1.55 μm for TM polarization. The grating coupler has 1 dB bandwidth of 60 nm and coupling efficiency of 65% with incident light from single-mode optical fiber (SMF) at 8°.     

Real-time observation of Bragg grating formation in As2S3 chalcogenide ridge waveguides

Real-time study of the formation of Bragg gratings in monolayer As₂S₃ ridge waveguides is presented. A transverse holographic method is used to record such gratings. The periodic photodarkening of the layer leads to the formation of a Bragg grating with resonant wavelength 1.55 μm. The experiment allowed to control in situ the grating parameters such as the reflectivity, the resonant wavelength (between 1500 and 1630 nm) and the bandpass at −3 dB.     

实用化少模光纤的研究

针对大容量光纤通信系统,设计了一种实用化的椭圆纯硅芯少模光纤,给出了光纤的设计原理与参考标准,运用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件分析了光纤的传输特性.在1.4~1.65μm波长处,光纤处于稳定的HE_(11)和HE_(21)双模运转,模式有效折射率差大于1.8×10~(-3),避免了模间耦合和串扰;在工作波长1.55μm处,HE_(11)和HE_(21)模的色散系数分别为19.61和4.41ps/(nm·km),色散斜率分别为0.048和0.002ps/(nm~2·km),模场面积分别为97.17和143.96μm2,模式的衰减系数均小于0.21dB/km.该光纤的传输特性基本符合G.652和G.655光纤标准,可利用现有成熟的"预制棒拉丝工艺"制备,同时与波分复用技术相结合可以成倍提升光网络的传输容量,对于下一代通信网络带宽的提升具有重要意义.     

基于金线填充的双芯光子晶体光纤偏振分束器

提出了一种基于金线填充的双芯光子晶体光纤超短偏振分束器,并进行了有限元分析.金线表面激发的表面等离子激元与双芯光子晶体光纤纤芯模之间的强烈耦合,导致更短的偏振分束器长度和更大的工作带宽.与同类的偏振分束器相比,所提出的偏振分柬器能同时实现较短的长度和较高的消光比.数值结果表明,长度为0.263 mm的偏振分束器,在波长1.55 μm处消光比达-70 dB,-20 dB消光比带宽为124 nm.