矩形晶格高偏振、低损耗铋锗镓光子晶体光纤的结构设计及性能分析

非对称结构光子晶体光纤应用广泛。其良好的偏振特性、灵活的色散调控能力以及低限制损耗品质,对于优化与改善偏振光纤器件、非线性光学光纤、光通信光纤、光纤传感器等性能发挥着关键的作用。选用高折射率铋锗镓激光玻璃为材料,设计了八边形阵列、矩形晶格排列的光子晶体光纤,纤芯缺陷区包层及外包层均为圆形空气孔。模拟实验数据显示,结构参数为M=0.5,0.6时,在波长为1.55 μm处的双折射系数分别为1.16×10?2和1.33×10?2;在近红外波段短波区,矩形晶格结构光子晶体光纤的色散范围分别在±30 ps·nm?1·km?1之间及?18～32 ps·nm?1·km?1之间。色散斜率较低,曲线具有零色散点,展现了良好的连续谱调控能力;在1.00～1.90 μm波段内,当M=0.5,0.6时,光纤限制损耗稳定在10?7～10?9 dB·km?1之间;在1.55 μm处,限制损耗测量值分别为2.32×10?7和1.62×10?8 dB·km?1。     

一种新的低非线性宽带色散补偿微结构光纤的设计

采用矢量光束传输法对空气孔包层呈正六边形分布的微结构光纤的色散和非线性特性进行了数值模拟。通过分别调节内三层空气孔的直径和包层空气孔节距,设计了一种低非线性宽带色散补偿微结构光纤。该光纤在波长1.55 μm处具有－3 235.8 ps/nm/km的大负色散,可在以1.55 μm为中心的100 nm宽带波长范围对相当于自身长度190倍的普通单模传输光纤进行宽带色散补偿(色散补偿率偏移在0.5%以内),同时该光纤可在此宽带波长范围内保持非线性系数低于5 W^-1·km^-1。     

一种新型混合双包层光子晶体光纤的色散特性研究

以多极法理论为基础,设计了一种混合双包层结构的光子晶体光纤.通过改变其五层空气孔的四个结构参数（内层空气孔直径、外层空气孔直径、六边形孔间距和八边形孔间距）,理论上实现了色散绝对值在144—20 μm的波段内变化仅为125 ps·km^-1·nm^-1的平坦色散特性.在此情况下对其损耗进行了数值模拟,使所设计的光纤在144—20 μm的宽波段范围内具有小于0005 dB/km的低限制损耗特性. 关键词： 光子晶体光纤 多极法 平坦色散 限制损耗     

六角点阵蜂窝状包层光子晶体光纤中的高双折射负色散效应

设计了一种六角点阵蜂窝状包层光子晶体光纤,该光纤中心缺失一根空气柱形成纤芯,包层由椭圆空气孔和小圆空气孔组成.基于全矢量有限元法并结合各向异性完美匹配层边界条件,对其双折射、色散、非线性系数、约束损耗和模场等特性进行了数值模拟;计算了具有相同参数的椭圆状包层光子晶体光纤的双折射、色散及非线性系数.结果发现,若调整光纤结构参数为孔间隔Λ=1.15μm,空气孔椭圆率η=0.5,相对孔间隔比f=0.48,小圆孔直径d₁=0.4μm时,在波长1.55μm处,该光纤的双折射B高达1.02×10^-2,比传统光纤高约两个数量级,同时,该光纤在低损耗通信窗口C波段呈现负色散和负色散斜率,其色散斜率在整个C波段附近在-0.132—-0.121ps·km^-1·nm^-2范围内波动,非线性系数为45.7 km^-1·W^-1,约束损耗接近10² dB·km^-1.蜂窝状包层比椭圆状包层光子晶体光纤的双折射及大负色散特性明显提高,非线性系数低,更有利于进行色散补偿.     

一种新型高非线性色散平坦光子晶体光纤结构

提出了一种新的高非线性色散平坦光子晶体光纤结构,引入了一个衡量非线性和色散平坦的品质因子δ。采用平面波展开法,研究了气孔尺寸对光子晶体光纤色散特性和非线性的影响。新结构在第一圈空气孔的中间插入六个附加小孔,使得光子晶体光纤有更小的有效模场面积,提高了光纤的非线性。通过控制第一圈和第三圈空气孔以及附加小孔的直径,使得该光子晶体光纤在大约330 nm的波长范围内,光纤的色散系数介于±0.5 ps/(km.nm)之间,在大约230nm的波长范围内,光纤的色散系数介于±0.1 ps/(km.nm)之间,在大约200 nm的波长范围内,光纤的色散系数D的值介于±0.05 ps/(km.nm)之间。光纤的有效模场面积为2.26μm2。衡量非线性和色散平坦的品质因子δ=11.8 ps.W/μm2。     

全固双层芯色散补偿光子晶体光纤的研究与设计

为了补偿光纤色散对高速信号传输的限制,提出一种全固双层芯色散补偿光子晶体光纤.首先对该光纤模式耦合特性进行理论分析,然后利用多极法进行模拟计算,得到该光纤包层结构参数与色散值以及相位匹配波长之间的关系,并对其规律进行研究.通过优化光纤结构参数,得到在1 550nm处,色散值达到-32 620ps/(nm·km)、损耗为0.29dB/km、与标准单模光纤的熔接损耗为4.77dB的色散补偿光纤.该光纤可补偿1 910多倍长度的SMF-28单模光纤的色散,补偿能力远大于常规色散补偿光纤.与空气孔-石英结构色散补偿光子晶体光纤相比,全固色散补偿光子晶体光纤具有易制备、易与传统通信光纤熔接等优点.     

宽带色散补偿光子晶体光纤的设计与优化

提出了一种新型的宽带色散补偿光子晶体光纤。通过增大光子晶体光纤(PCF)包层第一环空气孔半径r1,同时优化孔间距和包层其它环空气孔,在1550nm波长处获得了低至-1906.4ps/nm/km的负色散值。针对常规单模光纤的色散特性,设计出了宽带色散补偿光子晶体光纤,可补偿23倍长度的常规光纤,补偿的带宽达330nm,这在WDM系统中对多个信道同时进行色散补偿具有非常重要的意义。     

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.     

通过调节纤芯大小实现接近零色散的色散平坦光子晶体光纤

利用已有文献对光子晶体光纤色散特性的计算结果,分析了色散随光子晶体光纤结构参数变化的趋势,并利用有效折射率方法基于标量近似理论对光子晶体光纤色散特性进行了有目的性的数值模拟,发现通过独立调整纤芯大小,可以在光通信波段实现非常接近零色散的色散平坦光子晶体光纤,其色散系数D的绝对值在1.3 μm～2.0 μm波长范围小于1.5 ps·km-1·nm-1 .     

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     

Dispersion flattened photonic crystal fiber with high nonlinearity for supercontinuum generation at 1.55 μm

A robust design for a photonic crystal fiber (PCF) based on pure silica with small normal dispersion and high nonlinear coefficient for its dual concentric core structure is presented.This design is suitable for flat broadband supercontinuum (SC) generation in the 1.55-μm region.The numerical results show that the nonlinear coefficient of the proposed eight-ring PCF is 33.8 W -1 ·km -1 at 1550 nm.Ultraflat dispersion with a value between -1.65 and -0.335 ps/(nm·km) is obtained ranging from 1375 to 1625 nm.The 3-dB bandwidth of the SC is 125 nm (1496–1621 nm),with a fiber length of 80 m and a corresponding input peak power of 43.8 W.The amplitude noise is considered to be related to SC generation.For practical fabrication,the influence of the random imperfections of airhole diameters on dispersion and nonlinearity is discussed to verify the robustness of our design.     

复合六边形空气孔格点光子晶体光纤的色散特性分析

提出了一种复合六边形空气孔格点光子晶体光纤,其包层是由两种不同大小的空气孔组合而构成的。利用带有良匹配层(APML)吸收边界的全矢量频域有限差分法(FDFD)对其色散特性进行了数值分析。结果表明,通过调节包层中两种不同尺寸的空气孔的大小以及孔间距这三个参量,可以得到不同水平的平坦色散曲线,甚至超低超平坦的色散曲线。在孔间距Λ取2.1μm,小尺寸空气孔直径取0.5μm,大尺寸空气孔直径取0.8μm的条件下,在1.48~1.78μm的波长范围内得到了0±0.545 ps/(km.nm)的色散。     

双芯复合格点光子晶体光纤的负色散特性

介绍了一种双芯复合格点负色散光子晶体光纤,其包层是由连续电介质纯硅背景上挖出的两种大小不同的空气孔构成,芯区是由掺锗的高折射率的材料构成。为了实现负色散,还移去了包层中的一圈空气孔。采用频域有限差分法对其负色散特性进行分析表明,通过调整空气孔间距和两种空气孔的尺寸,可以得到不同程度的宽带负色散。当内芯半径取0.95μm,孔间距取2.15μm,大空气孔直径取1.9μm,小空气孔直径取1.1μm时,可在1.55μm处实现宽带负色散,其半峰全宽超过了200 nm。这种光纤的包层中空气孔呈六边形分布,空气孔的尺寸均大于1μm,降低了制作的难度。这种光纤可以用于波分复用光纤通信系统中的宽带色散补偿。     

包层空气孔渐变的准光子晶体光纤的色散特性研究

设计了一种准光子晶体光纤,其包层由呈准周期分布的空气孔构成,其中靠近芯区的空气孔的直径是渐变的.采用带有良匹配层(APML)吸收边界的全矢量频域有限差分(FDFD)方法对其色散特性进行了数值分析,计算了孔间距取1.5μm～2.2μm,最小空气孔直径分别取0.4μm～0.6μm,从第一层到第三层直径线性递增量分别为0.1μm和0.2μm的条件下,这种光纤基模的色散曲线.结果表明:通过调节包层中三种不同尺寸的空气孔的大小以及孔间距这四个参数,可以得到不同平坦水平的色散曲线,甚至于超低超平坦的色散曲线.例如,当孔间距取1.7μm,空气孔直径分别取0.5μm、0.7μm、0.9μm,在1.4μm～1.7～m波段内,这种光纤的色散值可以控制在6.0±3.0 ps/km.nm范围内.     

Design of broadband nearly-zero flattened dispersion highly nonlinear photonic crystal fiber

We propose a new structure of broadband nearly-zero flattened dispersion highly nonlinear photonic crystal fiber （PCF）. Through optimizing the diameters of the first two inner rings of air-holes and the GeO2 doping concentration of the core, the nonlinear coefficient is up to 47 W^-1.km^-1 at the wavelength of 1.55 um and nearly-zero flattened dispersion of ±0.5 ps/（nm·km） is achieved in the telecommunication window （1460 - 1625 nm）. Due to the use of GeO2-doped core, this innovative structure can offer not only a large nonlinear coefficient and broadband nearly-zero flattened dispersion but also low leakage losses.     

Large negative dispersion in dual-concentric-core photonic crystal fiber with hybrid cladding structure based on complete leaky mode coupling

Considering the optical stability of solution, the sugar-solution is infused into the outer core ring of dual-concentric-core photonic crystal fiber (DCCPCF). The influences of structure parameters and solution concentration on the phase and loss matching are comprehensively analyzed. By choosing the appropriate outer core mode to completely couple with the inner core fundamental mode, the large negative dispersion PCF around 1.55 μm is designed, which has the dispersion value of − 39,500 ps/km/nm as well as bandwidth of 7.4 nm and effective mode area of 28.3 μm². The designed PCF with hybrid cladding structure can effectively compensate the positive dispersion of conventional single mode fiber, and suppress the system perturbation caused by a series of nonlinear effects. Considering the mode field mismatching between the DCCPCF and the tapered fiber, the calculated connection loss around 1.55 μm is below 3 dB. In addition, the equivalent propagation constants of two leaky modes are deduced from the coupled-mode theory, and the complete mode coupling case can be well predicted by comparing the real and imaginary parts of propagation constants.