宽频带熔锥型耦合器的变化分析

利用变分法对腐蚀熔锥型非对称单模光纤耦合器的耦合特性进行了分析.文中根据耦合器的光纤参数及截面尺寸,用有效平行波导模型,对自制的弱融型熔锥耦合器的转换功率随波长变化曲线进行了计算.结果表明,不仅宽频带特性的理论曲线与实验符合得较好,而且耦合器的耦合特性对二光纤的芯径比及熔锥长度的变化十分灵敏,这也与实验相符.     

2×2熔锥型单模光纤耦合器的模型

选择适当的连续函数描述了熔锥型耦合器熔锥形状的渐变特性及其相互位置关系,然后分别应用局部模式理论和变分法分析了横截面沿纵向变化的锥形区域和横截面近似不变的耦合区域内的耦合行为,得出了耦合器中任一横截面处的耦合系数和耦合功率表达式计算表明,熔锥型耦合器的总功率耦合主要发生在耦合区域,在两锥形区域,对于纤芯归一化频率小于1.08的部分,也发生了相当程度的耦合为了使耦合器的理论模型更接近于实际物理情况,锥形区域的耦合作用也是不容忽略的,从而得到了一个更精细的熔锥型光纤耦合器的模型.     

熔锥型熊猫光纤耦合器的传输特性分析

熔锥型保偏耦合器的传输特性决定了其光学原理与功能的实现。为了从理论上分析各参量对保偏耦合器传输特性的影响,基于热-结构-电磁多物理场耦合理论,建立了熔锥型熊猫光纤耦合器双锥模型,应用有限元法,分析了各参量对熊猫光纤耦合器传输特性的影响。结果表明应力区与包层折射率差影响耦合区纵向电磁场的分布,折射率差越大,纵向电磁场分布的变形也越大;HE1x1模和HEy11模的传播常量对偏振主轴角度差不敏感,偏振主轴角度差是通过耦合系数进而影响保偏光纤耦合器的消光比的;HE1x1模的传播常量对熔锥的熔锥区横截面椭圆率比较敏感,横截面椭圆率变化6.67%时Δβx11变化0.14%,计算结果表明当熔锥区横截面椭圆率为0.56时可获得较高性能的耦合器。     

熔锥型保偏光纤耦合器分光比的偏振依赖研究

实验研究了熔锥型保偏光纤耦合器分光比随入射单色线偏振光偏振方向的旋转所呈现的周期性,验证了保偏光纤耦合器分光比的偏振依赖特性.借鉴已成熟的单模光纤耦合器的倏逝场耦合模理论,对这一偏振依赖分光比的周期性规律提出了一种理论解释.在实验结果的规律性基础上,经验拟合出了分光比与单色线偏振光输入偏振角的函数关系.     

熔锥型光纤耦合器拉制过程的仿真和实验研究

基于熔锥型光纤耦合器在拉锥过程中光纤锥形的渐变特性和光纤之间熔融度的变化特点,构建了光纤耦合器在拉制过程中波导结构的变化模型.利用光束传播法对耦合器的拉制过程进行数值模拟,得到耦合器输出光功率随拉伸长度的变化规律以及耦合器的能量分布图.理论模拟和实验结果表明,光纤间熔融度与制作耦合器时的氢气流量及拉伸速度有关,氢气流量大,拉伸速度小,熔融度就大;光纤之间的耦合作用与拉伸长度及熔融度有关,拉伸长度增加或熔融度增大,都会使光纤间的耦合更加显著;拉伸长度不大时,锥形区的耦合可以忽略;随着拉伸长度的增加,光纤变细,耦合作用逐渐增强,锥形区的耦合现象越明显,同时光场也逐渐由纤芯向外发散,产生附加损耗.     

熔锥型光纤耦合器宽带特性研究

报道了在常规熔锥型单模光纤定向耦合器工艺基础上，以氢氟酸腐蚀法，将两光纤耦合区直径腐蚀成适当比例，用水平直接熔融拉锥系统，将耦合区域拉制成非对称臂组合波导，从而获得了具有宽频带特性、且尺寸较小的单模光纤定向耦合器，实验结果说明：通过控制耦合区长度，可以使耦合器耦合功率在某个特定波长附近、预定小于１００％分束比上具有相当平坦（宽带）特性；从而，通过控制组合波导的不同直径比，可望得到不同分束比宽带耦合     

宽频带光纤耦合器的近似模型和实验验证

本文用理论分析证明了将单模光纤耦合器的腰部熔锥区域简化成等效平行波导的近似模型必须作弱导近似和弱耦合近似,并在实践上用弱熔锥工艺制成了宽频带单模光纤耦合器,对该器件有关参量和尺寸的测量及计算,表明具有哑铃形腰部横截面结构的宽频带熔锥型耦合器的组合波导满足弱导近似和近似条件,用等效平行波导的近似模型计算耦合器转换功率随波长变化的曲线,不仅宽频带特性的理论曲线与实验符合得好,而且耦合器的耦合特性对二光纤芯径比及熔锥长度变化十分灵敏,这也是与实验相符。     

熔锥型侧面泵浦耦合器的研究

 现在高功率光纤激光器和光纤放大器采用的双包层掺杂光纤,相对于从半导体泵浦激光器发射出的多模泵浦光束的大发散角,其内包层的直径很小,因此把泵浦光有效地耦合到双包层掺杂光纤的内包层是一个急需解决的难题。研制一种熔锥型侧面泵浦耦合器,可以大幅度提高泵浦光功率,实现增益光纤的多点泵浦,在双包层光纤放大器中使用良好,安全稳定,实现了较高的耦合效率,达到了70%,信号光通过率98%,信号输入与泵浦输入的隔离度大于50 dB,泵浦输入对输出端反向传输光的隔离度27 dB。通过对比结构紧凑性、耦合效率、系统稳定性等相关指标发现,熔锥型侧面泵浦耦合器完全可以满足高功率光纤激光器和光纤放大器的使用要求。     

用两段式波导模型研究3dB宽带光纤耦合器

报道了用两段式组合波导模型分析研究３ｄＢ宽频带熔锥型单模光纤耦合器。根据文献［１］用两根阶跃型单模光纤，使其中一根光纤的熔锥区腐蚀变细，熔融拉锥成两段式的准双锥体组合波导，分别用变分理论和传统的耦合波理论分析横截面近似不变的腰部区域和横截面随从向距离变化的梯度区域内的耦合行为，耦合器的耦合功率是这两段区域耦合功率的叠加。从而得到了耦合器中任意点的耦合功率表达式。用光纤参数和适当的组合波导横截面尺寸     

熔锥型微纳光纤耦合器的理论与实验研究

针对熔融拉锥系统制得的熔锥型微纳光纤耦合器,选择适当的连续函数描述其光场分布,采用归一化的三角分布和矩形分布的加权叠加,以及高斯分布和三角分布的加权叠加实现了模场沿耦合器区域的连续变化;利用局部模式耦合理论推导出腰区及腰区附近锥形区的耦合系数计算公式,并得到微纳光纤耦合器输出光功率随拉伸长度的变化曲线.计算结果表明,随着拉伸长度的增加,光能量在两臂中来回交替耦合的程度变小并且呈现包络样,直至腰区耦合功能消失.通过实时监测拉制微纳光纤耦合器的输出光功率,得到火焰扫描宽度以及氢气流量对双纤失去耦合效应拉伸长度的影响:火焰扫描宽度(均匀腰区)越宽,拉伸长度临界值越大;氢气流量(熔融度)越大,拉伸长度临界值越小.实验结果显示,当光纤耦合器腰区直径达到1.6μm时,耦合功能消失,两输出端口光功率相同且恒定,微纳光纤耦合器具备稳定的光学传输特性.     

耦合器分光比的精确控制

利用矩形近似理论对用熔锥法制作的耦合器分光比进行了分析。结果表明,影响分光比的主要因素为耦合区长度。给出了两者间变化的理论公式,并在实验中得到了证实。CorningSMF28光纤耦合器分光比随耦合区长度变化的实验值为0 04%/μm,实验值与理论值基本一致。通过调节耦合区长度,得到了精确的50∶50分光比的光纤耦合器。     

一种实现光纤耦合器分光比微调的新方法

随着光纤通信技术的不断发展,光纤通信中至关重要的光无源器件——光纤耦合器,其使用量正在不断的增加。如何提高光纤耦合器的成品率已成为一个很重要的问题。通过对具有一定分光比的未封装的窄带光纤耦合器的一端进行固定和在另一端进行扭转,可以实现耦合器分光比的微调。实验表明,对耦合器施加扭转力矩会使耦合器的分光比发生一定的变化,并且在扭转的过程中附加损耗的变动很小。利用这一特性可以对偏离预定分光比的耦合器的分光比实现微调,从而可得到更符合要求的分光比,提高了成品率。     

Development of single mode fiber coupling coefficient using kinetic model

We propose a simple kinetic model that can be used to improve the coupling coefficient value of a single mode fiber coupler in the fabrication process. The proposed model is time independent, where the internal and external parametric functions are included. The simulation is integrated over the coupling ratio range for the various fiber separations. The coupling coefficient value of the device is examined by using the coupling ratio range from 1% to 75%. The result obtained is compared with the experimental results, where it is noted that the separation of fiber cores significantly affects the coupling coefficient, exhibiting exponential behavior. We also found that the coupling coefficient gradient is significantly changed with respect to the coupling ratio. This model can be used to determine power losses of the fiber coupler at the coupled region, while the fabrication of the fiber coupler is operated.     

用于光纤光栅解调的波长敏感光纤耦合器

为了拓宽光纤耦合器的使用范围,开发光纤耦合器的新功能,采用熔锥技术制作波长敏感耦合器,该耦合器在分光的同时对波长敏感。通过耦合理论验证实验结果,实验数据与理论值相符合。实验中得到波长灵敏度最大值为17.86%/nm的耦合器。采用拉锥工艺制作波长敏感耦合器工艺简单,耦合比峰值对应波长控制易于实现。该耦合器可用于光纤光栅布拉格波长漂移解调。令待解调光纤光栅布拉格波长与耦合器波长灵敏度最大值对应的波长一致,当波长发生漂移时,耦合器输出耦合比发生变化。自制的波长敏感耦合器实现了对布拉格波长为1566.71 nm光纤光栅波长漂移的解调,波长漂移1.80 nm,耦合比变化20.34%。此种解调方式具有光路简单,易于与光纤匹配的优点,可以应用在大型建筑中光纤光栅的健康监测。     

Fabrication of all-solid photonic bandgap fiber coupler

We report the fabrication of a tunable all-solid photonic bandgap fiber coupler based on the side-polishing technique. This device is believed to be the first demonstration of a photonic bandgap fiber coupler to eliminate the contamination of the open air holes. By adjusting the length of the interaction section, the tunable coupling ratio as much as 92.5% at 1550 nm is achieved. The investigation of the spectrum properties shows that the coupler has excellent tunability properties, for which the coupling ratio can be smoothly and continuously controlled.     

A fiber-based single-unit dual-mode optical Imaging system: Swept source optical coherence tomography and fluorescence spectroscopy

We propose a fiber optic single-unit but dual-mode optical imaging system that can provide fast cross-sectional imaging capabilities of swept-source optical coherence tomography (SS-OCT) and functional capabilities of fluorescence spectroscopy (FS). By adopting a fiber optic FS system into a fiber-based SS-OCT system, a compact and effective multimodal single-unit SSOCT-FS system is achieved. Here, the key element of the proposed multimodal imaging system is a specially designed fiber coupler based on double-clad fiber (DCF), which has only cladding-mode coupling capability. The DCF couplers are fabricated with home-drawn DCF by several fabrication methods; a twisting method, a side-polishing method and a fused biconical tapered (FBT) method. Experimentally, the FBT method provides rather flat cladding mode coupling efficiency over 40% in a wide wavelength range. With this specially designed DCF coupler, the OCT signal and the fluorescence signal is measured independently but with a single-unit system. The performance of the SSOCT-FS system is confirmed by measuring the cross-sectional image and the fluorescence signal of a photosensitizer chlorin e6 injected in-vivo rat tumor model.     

单模与多模光纤耦合器的光束合波

现有的光纤耦合器在作为分波器使用时具有较低的插入损耗,在作为合波器时插入损耗较大,为实现低损耗合波目的,提出一种由单模与多模光纤共同构成的混合型光纤耦合器。利用耦合波方程理论分析其工作原理,计算机模拟其耦合过程。采用熔锥法制作工艺,完成单模与多模光纤耦合器的制作,实验结果与理论模拟相吻合;该器件单模到多模光纤的耦合效率、多模到多模光纤的耦合效率均在90％以上,实现了两路光束的功率合波。作为低插入损耗合波器件可广泛应用于光通信以及双包层光纤激光器抽运光的注入。     

1 × 4 coupler based on all solid five-core photonic crystal fibers

An improved 1 × 4 coupler based on all solid multi-core photonic crystal fiber is proposed and analyzed. The expressions to calculate the coupling length and the coupling efficiency are deduced based on the coupled-mode equations firstly. Then a full-vector finite element method (FEM) is used to calculate the coupling length and the coupling efficiency. Next, the propagation characteristics and the performances of the coupler are analyzed through using a full vector beam propagation method (BPM). Research shows that the results derived by FEM agree with that by BPM. The coupling length of the coupler is 4.1 mm at λ = 1.55 μm. A maximum coupling efficiency of 24.96% can be obtained. The coupling ratio is more than 22.5% over a wavelength range of 100 nm. The polarization-dependent loss at λ = 1.55 μm is equal to 0.73 dB. Finally, the influences of the micro-variation of structure parameters and the material refractive index on the working performances of the coupler are investigated.     

三角结构三芯光子晶体光纤中的模式耦合特性分析

基于耦合模理论,得出了三角结构三芯光子晶体光纤(TTC-PCF)的耦合模方程.数值模拟研究了该结构中纤芯间的定向耦合特性,分析了光纤结构及入射波长对耦合系数的影响以及入射光振幅比对纤芯间能量耦合特性的影响.结果表明,通过调节入射光振幅比可实现对纤芯间耦合强度的连续调节.对比了耦合模理论与束传播法得到的结果,两者表现出很好的一致性.结合TTC-PCF展现的独特耦合传输性能,讨论了其在耦合强度连续可调光纤定向耦合器和大模场光纤激光器的设计与制备等方面的可能应用前景.