微结构聚合物光纤中高双折射可调效应研究

通过在纤芯附近引入两个直径较大的空气孔诱导纤芯局部双折射,在包层减小x方向的孔间隔诱导包层双折射,设计实现了一种高双折射随波长可调效应的微结构光纤.采用全矢量平面波方法,以聚合物甲基丙烯酸甲酯为基材,对其偏振特性和基模模场进行了研究.结果发现,该光纤基模双折射在光通信波段呈现两个最大值,且最大双折射大小和位置随光纤结构和波长的变化可以进行调节.通过调节光纤结构参数,模拟得到了该光纤具有高双折射和零偏振模色散的最佳设计参数. 关键词： 导波与光纤光学 双折射可调 聚合物 全矢量平面波法     

椭圆六角分布微结构光纤中的双折射

利用全矢量有限元方法,对椭圆六角对称分布微结构光纤(MF)的双折射特性进行了理论分析,得到了双折射大小与结构参量、入射波长间的依赖关系。分析表明:合理设计结构参量可得到10-3量级大小的双折射;微结构光纤的双折射对光波波长极其敏感,并出现随波长变化快慢轴交换的现象。采用统计的方法对双折射与微结构光纤空气孔直径随机变化的统计相关性进行了理论分析,假定空气孔直径为高斯分布,获得了双折射大小的平均值和标准偏差与随机变化孔径的统计关系。结果表明,由孔径分布不规则所产生的双折射的大小主要取决于空气孔直径的平均值。     

高双折射光子晶体光纤研究

设计了一种高双折射光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF),即增大两个与纤芯相邻的空气孔直径,使光纤只具有二重对称性,呈现出较高的双折射.通过压缩x轴方向孔间距,进一步增大双折射度.采用全矢量有限单元法(Finite-element Method,FEM),研究了该光子晶体光纤基模对应的相双折射和群双折射,给出了该高双折射PCF双折射随输入光波长的变化曲线.结果获得了10－3量级的高双折射.具有设计参量的该光子晶体光纤结构的相双折射在1 550 nm处可以达到5.0×10－3,在更长的波长处,这一值会更高.     

V形高双折射光子晶体光纤特性研究

本文基于全矢量有限元法,设计了一种V形结构高双折射光子晶体光纤,数值分析结果表明:当光纤的包层孔间距Λ为1.0 μm,包层大空气孔D和小空气孔d分别为0.95 μm,0.7 μm时,在波长为1.55 μm处,该光纤的双折射度B达到1.225×10^-2,比传统光纤高约两个数量级. 另外,分别在可见光和近红外波段出现了两个零色散波长,使钛宝石飞秒激光器工作波段(700—980 nm) 处于光纤的反常色散区,为新颖的光子晶体 关键词： 光子晶体光纤 高双折射 有限元法 V形结构     

压缩六角点阵椭圆孔光子晶体光纤的低色散高双折射效应

设计了一种新型结构低色散高双折射光子晶体光纤,该光纤纤芯缺失一根空气柱,包层沿光纤长度方向排布压缩六角点阵椭圆空气孔.采用全矢量平面波法,对其色散和双折射特性进行了数值模拟.研究发现,通过改变光纤结构参数,即改变六角点阵压缩比ξ、相对孔间隔f和空气孔椭圆率η,可以调节该光纤低色散高双折射工作波长.若调整光纤结构参数ξ=048, f=035, η=055, x方向孔间隔Λ_x=12　μm时,该光纤呈现低色散高双折射效应,在1360—167 关键词： 导波与光纤光学 全矢量平面波法 低色散高双折射 六角点阵压缩比     

高双折射的混合格子太赫兹光子晶体光纤的设计与研究

提出了一种新型高双折射的混合格子太赫兹光子晶体光纤,通过对芯区亚波长尺寸的空气孔进行多种格子组合排列,增加结构的非对称性实现高的模式双折射. 全文仿真建模采用专业的有限元计算软件COMSOL Multiphysics 4.0,结果表明:混合格子太赫兹光子晶体光纤在很宽的频率范围内都具有较高的双折射(达到10^-2)和低的限制损耗,且通过改变光纤的某些参数可以灵活地控制其双折射或限制损耗特性. 相比于同类光通信波段光纤,由于太赫兹波波长较大,能够降低芯区微结构加工的难度,具有可行性. 关键词： 双折射 混合格子 太赫兹光子晶体光纤 限制损耗     

单偏振光子晶体光纤

提出了一种能够在较宽波长范围内保持单偏振的光子晶体光纤,并利用频域有限差分法对其偏振特性进行了数值分析。在孔间距Λ取2.3μm,第一层较大空气孔直径dl取2.4μm,较小空气孔直径ds取1.4μm,包层中其它空气孔的直径d取0.6μm的条件下,这种单偏振光子晶体光纤在1.02-2.0μm波长范围内,保持较高的模式双折射。当较大空气孔直径dl取2.8μm,较小空气孔直径ds取1.4μm时,在1.35-2.0μm波长范围内,仅有一个偏振模能够存在,且波长1.31μm处的模式双折射度达到3.5×10-3。     

Dual wavelength erbium-doped fiber laser with a lateral pressure-tuned Hi-Bi fiber Bragg grating

Tunable dual wavelength erbium-doped fiber laser (EDFL) with stable oscillation at room temperature is proposed and demonstrated. This laser utilizes a Bragg grating fabricated in a high birefringence fiber as the wavelength-selective component, and then achieves the stable dual wavelength oscillation by introducing the polarization hole burning effect. Furthermore, by applying lateral strain upon the fiber Bragg grating (FBG), the space of the laser dual wavelengths can be tuned continuously.     

有中心缺陷孔的椭圆孔光子晶体光纤传输特性研究

基于超格子构造法,采用全矢量模型研究了具有中心缺陷孔的椭圆光子晶体光纤的传输特性。着重讨论了中心缺陷孔对光纤中基模的模场分布、双折射特性和色散特性的影响。研究表明：与椭圆孔光子晶体光纤相比。由于中心椭圆缺陷孔的引入,使该光纤具有更高的模式双折射。光纤的传输特性对光纤的结构参量和波长具有较强的依赖关系。随着波长和中心缺陷孔的增加。双折射将增大,其模式双折射在10^-3量级。改变光纤的结构参量,可以获得超宽带的色散平坦或异常的色散特性。分析结果显示,当中心孔的尺寸de／D=0．4时。在波长1．55μm附近,可获得近400nm的色散平坦区。     

Photonic crystal fiber with high birefringence and low confinement loss

In this paper, a highly birefringent index-guiding photonic crystal fiber with low confinement loss is proposed by enlarging the central row of air holes in the structure. By employing the multipole method, properties of this structure, including the effective index, birefringence and confinement loss, are investigated. Simulation results indicate that high birefringence of 1.65 × 10⁻³ can be reached at the wavelength of 1.55 μm, and a low confinement loss on the order of 10⁻⁶ dB/km can be achieved at the same wavelength. Moreover, the impacts of air hole sizes on birefringence and confinement loss are also analyzed in detail.     

Birefringence study of photonic crystal fibers by using the full-vectorial finite element method

Modal solutions of photonic crystal fibers with equal and unequal circular air holes in a hexagonal matrix are presented, by using a rigorous full-vectorial finite element-based approach. The effective indices, mode field profiles, spot-sizes, modal hybridness, modal birefringence and group velocity dispersion values have been determined and presented. The effects of the pitch-distance, hole diameter, structural asymmetry, air hole arrangement and the operating wavelength on the modal birefringence are also reported. It is shown that a significant value of birefringence can be achieved by using only circular air holes, which would be easy to fabricate, and by operating it close to its modal cutoff. PACS 42.81.Qb; 42.81.Gs; 42.25.Bs; 31.15.Pf     

Polarization properties of rectangular lattice photonic crystal fiber

In this paper, polarization properties and propagation characteristics of rectangular lattice photonic crystal fibers with elliptical air-holes are investigated by using the full-vector finite element method with anisotropic perfectly matched layers. Numerical results show that the birefringence of the fiber is induced by asymmetries of the cladding. Moreover, by adjusting its structure parameters, such as the hole pitch Λ, and the air-hole elliptical rate η, we find the optimized design parameters of the fiber with high birefringence (the order of 10⁻²) and limited polarization mode dispersion, operating in a single mode region at an appropriate wavelength range.     

新型矩形点阵光子晶体光纤的高双折射负色散效应

设计了一种新型矩形点阵光子晶体光纤,该光纤纤芯缺失一根空气柱,包层沿光纤长度方向在普通矩形点阵光子晶体光纤中每两列之间隔一行插入一列空气孔而形成正方形网孔结构.采用全矢量有限元法并结合各向异性完美匹配边界条件,对该光纤的色散、双折射和约束损耗进行了数值模拟.结果发现,该光纤具有高双折射负色散效应和较强的模约束能力,约束损耗小于10-2dB·m-1,通过改变光纤结构参数(即空气孔间隔Λ和相对孔间隔d/Λ),可以调节该光纤高双折射负色散工作波长.若调整光纤结构参数Λ=2.0μm,d/Λ=0.4,该光纤在C波段(1.53—1.565μm)呈现负色散并具有负色散斜率,双折射高达10-2,非线性系数接近55km-1W-1.该光纤将在保偏光通信、色散补偿以及基于四波混频的波长转换器设计等方面具有重要的应用.     

孔助光纤(Hole-assisted lightguide fiber)色散和双折射特性的研究

通过改变包层中空气孔的参数,孔助光纤（hole-assisted lightguide fiber）具有比传统光纤更容易调节的色散和双折射特性.采用有限差分法研究了包层空气孔数目、大小和位置等参数对孔助光纤色散和双折射特性的影响.数值计算结果表明：增加空气孔的数目和尺寸以及减小空气孔到纤芯的距离都能够使得零色散向短波长方向移动,减小空气孔与纤芯的距离有助于获得更大的双折射.     

一种新结构高双折射光子晶体光纤

提出了一种新结构的高双折射光子晶体光纤,通过引入掺氟实心圆的方式形成双折射,而不采用大多数高双折射光子晶体光纤中引入不同孔径空气孔或椭圆空气孔的结构。应用全矢量平面波法对其基模场分布、模式截止以及各种结构参量对模式双折射特性的影响进行了详细的分析和讨论。结果表明,该结构光子晶体光纤可以在较宽波长范围内产生10-3量级的模式双折射,且通过调节孔径,可以灵活地将双折射最高点调整到所需的波长上。另外,该结构高双折射光子晶体光纤在拉制工艺、光纤强度以及光纤熔接等方面也具有一定的优势。     

Design of Topas microstructured fiber with ultra-flattened chromatic dispersion and high birefringence

A microstructured polymer optical fiber (mPOF) with both ultra-flattened near-zero chromatic dispersion and high birefringence based on Topas cyclic olefin copolymer is designed. Three rings of uniform elliptical air holes are arranged in triangular lattice in the cladding and an extra small defected hole is introduced in the fiber core. Guided modes, dispersion, birefringence and mode confinement properties of the designed mPOF are investigated by using the full-vector finite element method. Dispersion values between ± 0.5 ps/km/nm over the wavelength 1.1-1.7 μm and high birefringence of the order of 10⁻³ are obtained for the optimized fiber structure. Low confinement losses and small effective mode area are obtained at the same time. The relatively simple architecture of the proposed Topas mPOF can be fabricated by our extrusion-stretching techniques.     

类矩形芯光子晶体光纤的色散与偏振特性

应用全矢量模型分析类矩形芯光子晶体光纤的色散和偏振特性，讨论了光纤结构参数对光纤特性的影响.研究表明：类矩形芯光子晶体光纤的模式双折射比普通椭圆保偏光纤至少高一个数量级.增大光纤的相对孔径，可获得更高的双折射.零走离点对应的波长也比普通椭圆保偏光纤长，随着孔距的增大，走离曲线将向长波长方向产生移位，零走离点发生红移，零走离点所对应的波长与孔距成正比.零走离点的出现，将有效地抑制一阶偏振模色散.通过调整光纤的结构参数，可以获得灵活的色散特性，在孔距Λ=2μm, 相对孔径d/Λ=03时，在波长155μm附近，获得近400nm的超平坦色散区.该光纤在偏振控制、色散控制和管理方面具有广泛的应用前景. 关键词： 导波光学 光子晶体光纤 类矩形芯 全矢量     

Dispersion-flattened polarization-maintaining photonic crystal fiber for nonlinear applications

In this paper, we propose a novel photonic crystal fiber design to achieve high birefringence, high nonlinearity with a flattened dispersion profile. The air holes which are embedded in silica are arranged in triangular lattice configuration. In the core region, an air hole is introduced as the central defect to flatten the dispersion curve. The shape of the defect air hole is deliberately designed elliptical so that high birefringence in the PCF is obtained for polarization-maintaining purpose. The structural parameters are carefully selected to optimize the optical properties.     

一种新型高双折射光子晶体光纤特性研究

设计了一种高双折射高非线性光子晶体光纤, 采用全矢量有限元法研究了这种光纤的基模模场、双折射、非线性、有效模面积及色散特性. 数值研究发现, 减小孔间距Λ的大小, 在波长1550 nm 处, 该光纤可获得10^-2 数量级的双折射B, 比普通的椭圆保偏光纤高约两个数量级; 同时, 该光纤可获得42 W^-1·km^-1 的高非线性系数γ. 另外,分别在可见光和近红外波段出现了两个零色散波长, 在波长800–2000 nm 之间具有良好的色散平坦特性. 这种设计为获得高双折射高非线性超平坦色散光子晶体光纤提供了一种新的方法, 该光纤在偏振控制、非线性光学和色散控制方面具有广泛的应用前景. 关键词： 光子晶体光纤 高双折射 高非线性 有限元法     

圆芯边孔光纤的应力区和双折射

报道了圆芯边孔光纤(CSF)中应力分布和双折射的研究结果。用有限元法建立了求解圆芯边孔光纤横截面应力和双折射的计算模型,分析了圆芯边孔光纤横截面应力和应力双折射的分布形态,给出了详尽的物理解释。计算结果表明圆芯边孔光纤的横截面上出现应力分量的拉应力区和压应力区,应力区在纤芯附近对称分布,且不同应力区中应力双折射取向不同。应力分量和应力双折射在圆芯边孔光纤横截面上积分为零。圆芯边孔光纤的几何双折射随波长增加而增大,短波长处几何双折射为零,模式双折射等于应力双折射,随着波长增加,模式双折射逐渐偏离纤芯中心处应力双折射而靠近几何双折射,到长波长处模式双折射主要是几何双折射。对于不同材料组成和结构尺寸的圆芯边孔光纤,模式双折射的数值在10-5量级,随波长增加模式双折射先减小后增加。