三种涡旋光光子晶体光纤的设计

为进一步研究光子晶体光纤中涡旋光的传输特性,提出了3种不同结构的涡旋光光子晶体光纤,即三角晶格环形光子晶体光纤(TLPCF)、折射率倒转抛物线式光子晶体光纤(IPGIF)和六重准晶涡旋光光子晶体光纤(SPQCF)。利用矢量有限元分析方法,模拟计算了光纤中各个涡旋光模式的传输特性,研究结果表明:3种涡旋光光子晶体光纤中的模式有效折射率差均大于10~(-4),支持不同数量的涡旋光传输。其中TLPCF的色散系数最小,SPQCF的色散系数最大,两者在宽波段(1400～1700 nm)内均保持了色散平坦趋势;3种光纤的限制性损耗均小于1×10~(-7) dB·m~(-1),能够将光很好地局限在纤芯内部;3种光纤的非线性系数均保持在10~(-3)量级;涡旋光模式稳定传输的距离大于1km。     

超低损耗低非线性平坦色散光子晶体光纤优化设计

以二氧化硅为基材,优化设计了一种圆空气孔六角点阵光子晶体光纤,通过减小纤芯内层6个小空气孔以增加模场面积,降低非线性系数.采用时域有限差分法结合完美匹配层吸收边界条件,对该光纤色散、非线性、约束损耗和基模模场与光纤结构参数之间的关系进行了数值分析.结果表明,该光纤呈现一定的超低损耗低非线性色散平坦特性,其在最优结构参数下通信波长处的约束损耗小于10-7 dB·km~(-1),在波长1.55μm和1.31μm处约束损耗分别为2.93×10-8 dB·km~(-1)和7.33×10~(-1)0dB·km~(-1),且波长从1.05μm到1.65μm色散值大约为0±1.7ps·km~(-1)·nm~(-1),呈现双零色散点和较长波长范围的色散平坦特性.在低损耗通信波长1.55μm附近非线性系数约为4.88km~(-1) W~(-1).该光纤呈现的超低损耗低非线性平坦色散能力,可用于长距离大容量高速光通信系统.     

温度可控极高负色散光子晶体光纤的研究

设计了一种温度调控的液晶填充光子晶体光纤,利用有限元法对光子晶体光纤的色散补偿特性进行数值模拟.从理论上分析了各结构参数对光子晶体光纤色散产生的影响,并进行结构参数优化.通过调节液晶折射率,将色散补偿位置精确调节至1 550nm处,负色散峰值为-426 000ps·nm~(-1)·km~(-1),2m长液晶填充光子晶体光纤可以补偿50 000m的标准单模光纤(G652).模拟结果显示,色散补偿波长随填充液晶有效折射率指数发生变化,通过温度调节可以实现1 533nm~1 552nm波长内的定量控制.     

八边形掺氟椭圆纤芯的光子晶体光纤设计研究

设计了一种新型的八边形纤芯为椭圆的空气孔掺氟的光子晶体光纤。通过全矢量有限元法(FVFEM)和各项异性完美匹配层法(APML)对所设计的光纤进行了仿真研究。数值结果表明所设计的光纤在1.34~1.72μm波段具有0±0.4ps/(nm·km)的超平坦色散,覆盖了S、C和L通信波段,且在同一波长范围处限制损耗低于10-7dB/m,在1.55μm波长处对应的双折射率和非线性系数分别为2.12×10~(-2)和50.67W~(-1)·km~(-1)。所设计的光纤在超连续谱产生、色散补偿、极化保偏等方面具有潜在的应用。     

六重准晶涡旋光光子晶体光纤特性

设计了一种新型的六重准晶涡旋光光子晶体光纤,利用矢量有限元分析方法进行了数值模拟.研究结果表明光纤中模式有效折射率差?neff 10-4,实现了7个本征矢量模(10个相位涡旋光)的稳定传输,并以HE21为对象,对光纤模式的传输特性进行了分析研究.研究结果表明,在波段1500—1600 nm内,涡旋光模式的限制性损耗在10–8—10–7量级,模场面积保持在40μm2,非线性系数在10–3量级.通过改变光纤中心空气孔的大小,能够实现特定波段的色散平坦趋势,当中心空气孔为1.9μm时,光纤能够在1500—1800 nm波段保持色散平坦,色散系数维持在63.51—65.42 ps·nm–1·km–1之间.     

支持22个轨道角动量模式的低平坦色散微结构光纤

设计了一种可支持22个轨道角动量(OAM)模式传输的新型微结构光纤,该光纤具有低平坦色散、低损耗等优点,光纤中可支持的各个矢量模式之间有效折射率差值均大于10-4,对应的22个OAM模式都能够在纤芯中稳定传输。在1500~1600nm波段范围内,通过优化包层最内圈两层空气孔的物理参数,该光纤中可支持传输的模式色散均能控制在0~50ps·(nm·km)~(-1)范围内,HE71和EH51模式的色散变化值低于12.8ps·(nm·km)~(-1),其余模式的色散变化范围低于5ps·(nm·km)~(-1)。在1550nm波段处,该光纤所支持的所有模式损耗均低于1.35×10~(-9) dB/m。     

双泵浦光子晶体光纤参量放大研究

利用光子晶体光纤在不同零色散波长附近具有不同色散的特性，研究了在零色散波长为780 nm和1550 nm附近的双泵浦光子晶体光纤参量放大过程.在780 nm附近，讨论了零色散波长变化对双泵浦光子晶体光纤参量放大的影响.数值模拟结果表明:当零色散波长发生微小的变化时，信号增益谱带宽会发生很大的变化.当两泵浦光之间的波长差值减小时，零色散波长的变化对参量放大的影响在很大程度上可以得到抑制，但是增益带宽会有一定的减小.依据这一原理，在1550 nm附近设计光子晶体光纤中的色散平坦光纤参量放大，在5 m长的光子晶体光纤中，当峰值功率为10 W时，得到了增益为65 dB，带宽达到420 nm且极为平坦的增益谱.     

双零色散光子晶体光纤结构参数的变化对其性能的影响

应用多极法,研究了正六边形结构光子晶体光纤的结构参数改变时,波长范围在0.8—1.8μm之间的双零色散光子晶体光纤的色散特性和非线系数随波长的变化规律.对具有相同结构参数的正六边形结构和正八边形结构进行比较,得到正六边形结构的双零色散光子晶体光纤的色散更加平坦,非线性系数有明显增大的结果.因此,正六边形结构更容易获得色散平坦的高非线性双零色散光子晶体光纤.最终设计了在800nm附近具有平坦色散和高非线性的正六边形双零色散光子晶体光纤.     

全波段正常色散光子晶体光纤中超连续谱的产生

设计了一种铅硅酸盐SF57 材料的光子晶体光纤, 利用有限元法数值模拟了该光纤的 色散特性. 研究结果显示在整个透明波段光纤具有正常色散. 利用自适应分布傅里叶法求解非线性薛定谔方程, 对中心波长为1550 nm, 初始脉宽为150 fs 的脉冲在该光纤中传输进行了模拟, 获得了关于入射脉冲中心波长对称的展宽范围超过了600 nm 的超平坦连续光谱, 并且光谱具有极其稳定和 相干的特性. 关键词： 光子晶体光纤 超连续谱产生 正常色散     

3～5μm宽带超低色散平坦硫系光子晶体光纤

利用硫系光子晶体光纤色散可控特性,设计了一种宽带超低色散平坦硫系光子晶体光纤,采用多极法研究了孔间距和占空比等参量对色散曲线的影响.通过优化包层中不同层数空气孔的直径,获得内两层气孔半径为0.7μm,外两层气孔半径为0.8μm和孔间距为5μm的光子晶体光纤结构.模拟结果显示,该光纤在3~5μm波段可实现宽带色散平坦,且色散绝对值低于3.8ps·nm-1·km-1.     

Ultra broadband flat dispersion tailoring on reversed-rib chalcogenide glass waveguide

In this paper,we introduce a horizontal slot in the reversed-rib chalcogenide glass waveguide to tailor its dispersion characteristics.The waveguide exhibits a flat and low dispersion over a wavelength range of 1080 nm,in which the dispersion fluctuates between-10.6 ps·nm~(-1)·km~(-1) and +11.14 ps·nm~(-1)·km~(-1).The dispersion tailoring effect is due to the mode field transfer from the reversed-rib waveguide to the slot with the increase of wavelength,which results in the extension of the low dispersion band.Moreover,the nonlinear coefficient and the phase-matching condition of the fourwave mixing process in this waveguide are studied,showing that the waveguide has great potential in nonlinear optical applications over a wide wavelength range.     

微纳光纤镀铂金膜锁模光纤激光器

采用有限元法仿真了微纳光纤中模式在镀膜前后的能量、电场及有效折射率变化,分析了HE11、TE01、HE21和TM01模式在微纳光纤中的传输特性以及与铂金膜的相互作用原理。采用缓冲氧化物刻蚀液制作了微纳光纤并用离子喷溅法镀铂金膜,得到直径为13.2μm、铂金膜厚度为40 nm的微纳光纤器件,测试了其可饱和吸收特性,调制深度和饱和强度分别为0.57%和0.8 MW/cm²。制作了全光纤锁模激光器,锁模阈值为180 mW。锁模脉冲重复频率为17.93 MHz,脉冲宽度为103 ps,中心波长为1 031.6 nm,半高宽约为3.5 nm。     

Octave-spanning supercontinuum generation of vortices in an As2S3 ring photonic crystal fiber

We propose As(2)S(3) ring photonic crystal fiber (PCF) for supercontinuum generation of optical vortex modes. Due to the large material index contrast between As(2)S(3) and air holes in the designed ring PCF, there is a two-orders-of-magnitude improvement of the difference between the effective refractive indices of different vortex modes compared with regular ring fiber. The design freedom of PCFs enables a low dispersion (<60 ps/nm/km variation in total) over a 522 nm optical bandwidth. Moreover, the vortex mode has a large nonlinear coefficient of 11.7/W/m at 1550 nm with a small confinement loss of <0.03 dB/m up to 2000 nm. An octave-spanning supercontinuum spectrum of the vortex mode is generated from 1196 to 2418 nm at -20 dB by launching a 120 fs pulse with a 60 W peak power at 1710 nm into a 1 cm long As(2)S(3) ring PCF.     

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     

TE0导模干涉刻写周期可调亚波长光栅理论研究

通过棱镜耦合激发非对称金属包覆介质波导结构中的TE₀导波模式, 利用两束TE₀模的干涉从理论上实现了周期可调的亚波长光栅刻写. 分析了TE₀模式的色散关系, 刻写亚波长光栅的周期与激发光源、棱镜折射率、光刻胶薄膜厚度及折射率之间的关系. 用有限元方法数值模拟了金属薄膜、光刻胶薄膜和空气多层结构中TE₀导模的干涉场分布. 研究发现, 激发光源波长越短, TE₀ 模干涉刻写的亚波长光栅周期越小; 光刻胶越厚, 刻写的亚波长光栅周期越小; 高折射率光刻胶有利于更小周期亚波长光栅的刻写. 相较于表面等离子体干涉光刻, 基于TE₀ 模的干涉可在厚光刻胶条件下通过改变激发光源、棱镜折射率、光刻胶材料折射率、特别是光刻胶薄膜的厚度等多种方式实现对亚波长光栅周期的有效调控.     

一种与标准单模光纤高适配的低弯曲损耗光子晶体光纤

设计并研制出一种与普通单模光纤高适配的低弯曲损耗光子晶体光纤. 结构采用光纤预制棒制作工艺上易于实现的掺锗芯六孔结构. 应用间接测量方法, 对其模式、弯曲及色散特性进行了系统的评估. 在波长1550 nm处研制光纤的模场面积为79.26 μm², 色散为21.7 ps·km^-1·nm^-1, 模场面积和色散特性与标准单模光纤具有高的适配性. 在光纤弯曲半径为5 mm时, 在波长1550 nm处的弯曲损耗为0.0365 dB/圈, 小于G.657B的弯曲损耗0.5 dB/圈. 研究成果为光纤到户用低弯曲损耗光纤的实用化奠定了良好的基础. 关键词： 光子晶体光纤 低弯曲损耗 光纤到户 高适配性     

A design of novel photonic crystal fiber with low and flattened dispersion for supporting 84 orbital angular momentum modes

A dual-guided photonic crystal fiber(PCF) with low and flattened dispersion is designed, which can support a large number of orbital angular momentum(OAM) modes. The properties of the proposed PCF are systematically analyzed through the finite element method. The results show that the proposed PCF can support up to 84 OAM modes with 600 nm bandwidth ranging from 1000 to1600 nm. All values of mode purity are above 91.7%, the isolation parameters are larger than 67 dB and the maximum value up to 145 dB, the lowest confinement loss is only 5×10~(-13) dB·m~(-1).More importantly, the values of dispersion for all modes are less than 40 ps·km~(-1)·nm~(-1), and the lowest dispersion variation is only 0.7 ps·km~(-1)·nm~(-1). These superior optical properties make the proposed PCF have great advantage in stable transmissions of data and long-distance optical fiber communication system with large capacity.     

Several nonlinear phenomena in Er3 doped silica optical fibers

Experimental researches on frequency upconverted processes in Er³⁺ and Er³⁺/Yb³⁺-doped silica optical fibers are reported. These processes include frequency upconverted fluorescent light at wavelength of 466 (468) nm in Er³⁺/GeO₂/SiO₂ (Er³⁺/A1³⁺/GeO₂/SiO₂) optical fibers and at wavelengths of 467, 546, and 667 nm in Yb³⁺/Er³⁺/GeO₂/SiO₂ optical fibers pumped by CW 1064 nm radiation, second harmonic generation (1064 nm-532 nm) with high peak power conversion efficiencies in Er³⁺ and Er³⁺/Yb³⁺-doped optical fibers, and 977 nm resonance enhanced antistokes of stimulated four-photon mixing in an Er³⁺ doped optical fiber pumped by high peak power 1064 nm radiation.     

一种基于三芯光子晶体光纤的宽带模分复用器的设计与研究

本文提出了一种基于非对称三芯光子晶体光纤的宽带模分复用器.该器件主要是由位于光纤中心的可提供基模和高阶模传输的中心纤芯和分别位于中心纤芯两侧的可提供基模传输的2个旁芯构成.根据光耦合理论,在输入端对3个纤芯分别输入LP₀₁模式的光,在传输过程中左旁芯的LP₀₁模式的光将逐步向中心纤芯耦合并转换为LP₂₁模式传输,而右旁芯中的LP₀₁模式的光则逐步耦合并转换为中心纤芯中的LP₃₁模式来传输.通过对光纤结构的优化设计和光纤长度的选择,使得在输出端同时完成旁芯LP₀₁模向中心纤芯LP₂₁和LP₃₁模的最佳转换,从而实现LP₀₁、LP₂₁和LP₃₁ 3种模式的光在中心纤芯中的复用.反之,若将该器件的输出端用作输入端则可以实现中心纤芯中3种模式的光向3个纤芯的解复用.本文利用有限元法和光束传播法进行了优化设计和仿真,并将光耦合理论与超模理论相结合进行了分析计...     

Mid-infrared supercontinuum and optical frequency comb generations in a multimode tellurite photonic crystal fiber

We numerically investigate the mid-infrared(MIR) supercontinuum(SC) and SC-based optical frequency comb(OFC) generations when the three optical modes(LP01, LP02, and LP12) are considered in a multimode tellurite photonic crystal fiber(MM-TPCF). The geometrical parameters of the MM-TPCF are optimized to support the multimode propagation and obtain the desired dispersion characteristics of the considered three optical modes. When the pump pulse with center wavelength λ = 2.5 μm, width T = 80 fs, and peak power P = 18 k W is coupled into the anomalous dispersion region of the LP01, LP02, and LP12 modes of the MM-TPCF, the-40-d B bandwidth of the generated MIR SCs can be up to2.56, 1.39, and 1.12 octaves, respectively, along with good coherence. Moreover, the nonlinear dynamics of the generated SCs are analyzed. Finally, the MIR SCs-based OFCs are demonstrated when a train of 50 pulses at 1-GHz repetition rate is used as the pump source and launched into the MM-TPCF.