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。     

高数值孔径双芯光纤的双折射研究

具体分析了具有高数值孔径的双芯光纤的双折射特性。首先利用超格子正交函数法和耦合模理论分析了双芯光纤的几何双折射,并将两种方法计算的几何双折射进行了比较分析。数值计算结果表明双芯光纤在两纤芯非常接近的情况下,几何双折射仍较小,只能到10-5量级。利用超格子正交函数法计算了双椭圆芯光纤的双折射,改变结构参量可使几何双折射达到10-4量级。高的数值孔径需要高的掺锗量,理论上分析了高数值孔径时双芯光纤功率集中区域的应力双折射,应力双折射接近10-4量级。设计制作出了具有良好保偏性能的双芯掺铒光纤,测试、分析了它的几何参量和折射率分布;双芯光纤双折射系数达到了8.4×10-5。双芯掺铒光纤可以作为保偏掺铒光纤,应用到制作具有稳定的单一偏振态输出的光纤激光器。     

圆芯型边孔光纤双折射的有限元分析

对网芯型边孔光纤固有双折射的研究结果进行了报道。在对边孔光纤固有烈折射的产生机理和计算原理进行研究的基础之上,采用有限元法分析了网芯型边孔光纤的内部应力分布和双折射的大小。研究结果表明圆芯型边孔光纤的几何双折射较小,以应力双折射为主;边孔的存在导致光纤纤芯和包层区域的应力分布发生了较大的变化。文章提出了两边孔的连线方向为边孔光纤的快轴方向．并就不同的边孔结构对光纤双折射的影响进行了研究,发现网芯网孔型边孔光纤的同钉双折射随边孔张角的增加而成指数关系增长．可通过增大边孔半径和减小两孔间距提高边孔光纤的双折射。     

熊猫型保偏光纤中应力区失配对光纤性能影响的研究

采用弹性力学理论和复变函数法导出了熊猫型保偏光纤应力双折射的近似解析表达式.利用有限元法数值分析了熊猫型保偏光纤的双折射特性,结果表明,与采用纤芯中心应力相比,采用芯区平均应力表示光纤的双折射较为精确,且结果与解析法导出的芯区中心应力双折射计算结果相比误差小于0.18%.在此基础上进一步分析了应力区失配对熊猫型保偏光纤的双折射所产生的影响,并通过实验测试证明了分析结果的正确性. 关键词： 偏振保持光纤 应力区失配 双折射 拍长     

多叶应力区扭转光纤的耦合模理论

从线性极化模的耦合模理论出发,分析了双叶应力区扭转光纤,即扭转保偏光纤,和四叶应力区扭转光纤.推导应力引起的在光纤芯区各向异性的介质张量表达式;利用该表达式得到线性极化模在有转角时的多叶应力区光纤中传输的耦合模方程;从而推得多叶应力区扭转光纤中的超本地模,由超本地模的相位常数来确定该光纤的双折射.在双叶、四叶应力区理想对称的条件下,前者可以得到较高的椭圆双折射,而后者则无任何双折射.同样的结论可推广到8叶或16叶的扭转光纤,都无任何双折射.     

Effect of asymmetric stress relaxation on the polarization-dependent transmission characteristics of a CO2 laser-written long-period fiber grating

The effect of stress-induced birefringence on polarization-dependent transmission characteristics was thoroughly investigated for a long-period fiber grating (LPFG) that was fabricated by use of a stress relaxation method with a CO2 laser. A series of two-dimensional axial stress profiles for one complete period of a LPFG was measured with an optical tomographic measurement technique. We found that the asymmetry in the stress distribution of the cladding was much larger than in the core of the LPFG. The splitting of polarization-dependent loss peaks in the optical transmission spectrum was calculated based on the measured asymmetric stress profiles and was compared with an experimental result.     

Structure Formation of Blend and Sheath/Core Conjugated Fibers in High-Speed Spinning of PET,Including a Small Amount of PMMA

The blend of poly(ethylene terephthalate) (PET) and a small amount of polymer that has higher T _g than PET, such as polymethylmethacrylate (PMMA)—and is dispersed finely as immiscible particles in PET—exhibits lower molecular orientation than pure PET under high-speed fiber spinning. To obtain insight into the mechanism of the lower molecular orientation of the blend fiber, the sheath/core structure of PET (sheath)/PMMA (core) conjugated fiber (the same PET/PMMA weight ratio as in the blend fiber), was produced as a model. The thinning profile of the fiber diameter along the spinning line and the birefringence distribution of the cross-section were examined and compared among pure PET fiber, the conjugated fiber, and the blend fiber. The conjugated fiber had the lowest molecular orientation of PET in the sheath part, and its thinning process was accelerated similar to the blend fiber. As a result of the distribution of molecular orientation across the diameter of the conjugated fiber, it is considered that PMMA, having the high T _g , tends to solidify at a higher temperature (upstream) than PET in the thinning process, making the flow of PET accelerate as if it was pushed by PMMA. This causes the maximum dv/dx just before the solidification point to be smaller; therefore, the lower spinning stress, resulting in smaller birefringence of PET, can be considerable. This acceleration was generated at the interface of PET and PMMA, and spread toward the fiber surface as both polymers were thinning in elongational flow (in melt). On the other hand, close to the interface, molecules of PET were stretched by PMMA, resulting in an increase of birefringence. Such discussion is also considered to apply to the blend fiber. However, because the blend fiber had a significantly larger interface area compared with the conjugated fiber, it is considered that the increase of birefringence of PET by the interface drag force cannot be neglected. The larger particles of PMMA dispersed in PET results in the lower birefringence of PET that is supported by the elongation effect (i.e., the interface drag force).     

椭圆芯手征光纤的基模特性研究

对椭圆芯手征光纤进行了严格的求解，得到了模式场的解析解；推了了模式特征方程；并对基模的偶模和奇模特征方程进行数值求解，研究了手征参数对不同椭圆比下基模的色散曲线，双折射，模间色散等特性的影响。     

外力作用下熊猫型保偏光纤应力双折射分析

根据光弹性理论，列出熊猫型保偏光纤内的应力方程。由于保偏光纤具有轴对称性，故可以在分析过程中略去应力的轴向分量。利用傅里叶级数展开法分析了仅存在固有热应力时熊猫型保偏光纤内的应力分布，并进一步分析了外力作用下熊猫型保偏光纤的应力分布及应力双折射随应力分布所发生的变化。利用MATLAB进行了数值模拟，给出应力双折射量B随外力的变化曲线，并讨论了随应力区参数的增大，双折射量B先减小后增大的性质。     

多孔芯光子晶体光纤及其偏振特性

强激光与气体的长距离相互作用能产生许多新奇的物理效应,而自由空间光束的自聚焦、衍射、散射等问题限制了该科技领域的发展。本文提出了一种新型多孔芯光子晶体光纤,纤芯亚波长、低折射率空气孔可以传光,具有宽带、低损耗、单模传输特性。利用倏逝波耦合效应,研究了纤芯亚波长空气孔束缚光的原理。根据光波传输的电磁场理论,分析了低折射率空气孔中的光强增大效应。强光在空气孔中长距离传输,为光与物质的相互作用提供了新条件,可以用于气体传感、非线性光学、高集成光子技术、原子操控等。由于纤芯空气孔可以传光,改变空气孔的大小,直接影响模场分布,进而可以获得很高的结构双折射。通过光纤结构参数的合理设计,分别获得了B=4×10^-2的高双折射、纤芯直径5 μm的大模场高双折射、大模面积单偏振单模特性,在光纤偏振器、光纤滤波器、光开关及光纤传感等领域有广泛的应用前景,为新型光场调控提供了新方法。     

Determination of stress-induced intrinsic birefringence in a single-mode fiber by measurement of the two-dimensional stress profile

The two-dimensional (2-D) axial stress profile of a single-mode fiber is obtained with an optical tomographic measurement technique. All stress components of the fiber are calculated from a measured axial stress profile. We demonstrate that the differential group delay induced by intrinsic nonsymmetric stress as well as the induced linear birefringence between two orthogonal polarization modes can be determined with an analytic technique based on a vector perturbation method from a measured asymmetric 2-D stress distribution.     

基于椭圆孔微结构纤芯的高双折射光子晶体光纤

提出了一种在纤芯引入微小椭圆孔实现高双折射光子晶体光纤的方法.采用全矢量有限元方法和完美匹配层条件，依次研究了光子晶体光纤在纤芯中引入单个、双个、三个微小椭圆孔情况下的双折射特性.模拟结果表明，纤芯微小椭圆孔主导了光子晶体光纤的双折射特性，其参量及个数对双折射有着重要的影响，增大椭圆面积、椭圆率可以进一步提高光子晶体光纤的双折射.最后设计和研究了一种采用三环阵列椭圆孔微结构纤芯的光子晶体光纤，其双折射可以达到2.7×10－3.     

基于椭圆孔包层和微型双孔纤芯的新型高双折射光子晶体光纤

设计了一种新型高双折射光子晶体光纤,即其包层引入椭圆形空气孔,且以三角晶格方式周期排列,纤芯引入亚波长尺寸(~0.16 μm)的微型双孔结构阵列.采用全矢量有限元法和各向异性完美匹配层边界条件分析了该型光子晶体光纤的双折射特性和色散特性,详细介绍了该光子晶体光纤在不同的椭圆率、椭圆归一化面积、微型双孔孔径、两小孔之间间距的情况下双折射和限制损耗随波长的变化曲线.模拟结果表明,通过同时在包层和纤芯引入非对称性,获得了较高的双折射(~10^-3量级)和极低(~10^-4 dB/km)的限制损耗.提供了一种新的光子晶体光纤设计方法,即通过同时在包层和纤芯引入新结构来同时获得高双折射和低损耗.     

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.     

隔行分层填充的太赫兹超高双折射多孔光纤

本文提出了一种对普通三角晶格多孔光纤隔行分层填充匹配材料, 实现超高模式双折射的方法. 首先, 采用全矢量有限元法对多孔度为43.08%的三角晶格多孔光纤的传输特性进行了详细研究. 随后, 为增强结构非对称性对纤芯空气孔隔行填充折射率为1.4的液体, 发现光纤的模式双折射显著提高, 在峰值处(1.1 THz)由填充前的1.05×10^-3增大到1.36×10^-2; x, y两偏振模式基模的吸收损耗系数分别由0.16 dB/cm增大到0.25 dB/cm和0.28 dB/cm; 光纤的工作带宽由1.1 THz增大到1.9 THz. 研究发现通过增大填充材料的折射率能够显著提高光纤的模式双折射; 当n=2, f=2.2 THz时, 光纤能够达到8.03×10^-2的超高模式双折射. 进一步, 采用隔行分层填充的方式, 在不同层填充不同折射率的液体, 实现折射率的梯度分布, 从而增强光纤对导模的限制能力. 结果显示, 采用该填充方法, 光纤的模式双折射在工作频段内没有峰值, 呈现单调递增的趋势. 当f=2.2 THz时, 模式双折射达到7.19×10^-2. 该设计不仅实现了超高的模式双折射, 同时还具备可调谐的特性, 对实际应用具有重要意义.     

熊猫光纤的结构与双折射特性关系研究

本文用微元算法研究了熊猫光纤的结构参量对熊猫光纤双折射特性(拍长)的影响.由实验数据拟合出了计算拍长的熊猫光纤掺杂区的有效热膨胀系数.计算结果表明,熊猫光纤的猫眼半径、猫眼与纤芯的距离、猫眼的不一致等都是影响拍长的因素.所得结果对熊猫光纤的制作提供了理论指导.     

填充ENZ材料的太赫兹高双折射及近零平坦色散微结构光纤北大核心CSCD

为了实现太赫兹波的保偏波导传输,设计了一种含有纤芯缺陷孔和椭圆形包层空气孔的高双折射微结构光纤。通过在包层空气孔中选择性地填充太赫兹近零介电常量(epsilon-nearzero,ENZ)材料,引入了几何结构和材料分布的双重不对称性,破坏了2个偏振基模的简并以获得高双折射特性。应用有限元方法研究了光纤的双折射、损耗和色散等传输特性随结构参数的变化规律。在0.5 THz~2 THz的宽频段范围内获得了大于0.01的高双折射。x和y偏振基模的损耗在0.8 THz附近具有最小值,分别为0.903 dB·cm^(-1)和0.851 dB·cm^(-1)。纤芯缺陷孔可以有效调节色散特性,y偏振基模在1 THz~1.8 THz范围内具有(0±0.054)ps·THz^(-1)·cm^(-1)近零平坦色散特性。光纤的传输特性对ENZ材料的折射率变化不敏感。研究结论为研制太赫兹保偏光纤提供了理论参考。     

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     

保偏光纤熔锥区的传输特性分析

建立了保偏光纤熔锥区截面的有限元模型,基于热-结构-电磁多物理场耦合有限元方法,分析了保偏光纤熔锥区的传输特性.给出了热应力导致的保偏光纤应力双折射及折射率变化曲线；分析了随着拉伸长度的增加,传输模式的转换以及传播常量的变化;分析了随着芯径的减小,应力区对电磁场分布的影响.     

低损宽频高双折射太赫兹光子带隙光纤

设计了一种低损耗、宽频段、高双折射太赫兹光子带隙光纤,呈三角晶格排列的亚波长空气孔包层实现了带隙的局域作用.利用全矢量有限元法对光纤的双折射及损耗特性进行了理论分析.结果表明,在大约0.3 THz的宽频范围内,类矩形纤芯太赫兹光子带隙光纤的损耗小于0.009 cm^-1,相双折射在10^-3数量级,群双折射可达10^-2数量级. 关键词： 太赫兹 太赫兹波导 光子晶体光纤 双折射