新型低损耗塑料光纤结构优化的数值分析

分析了具有反共振反射的蜘蛛网包层塑料空芯光纤在1.3μm波段的损耗特性及其与结构参数的关系。将光纤包层等效为周期性多层膜,用渐近转移矩阵法进行数值模拟。为优化光纤结构参数,分析了包层层数N,高折射率层厚度d2和高、低折射率比值n2∶n1对损耗的影响。计算结果表明,随着N的增加,损耗首先快速下降最后达到一个固定值;模式损耗随d2的增加呈线形增大趋势,n2∶n1越大,反共振波长处的损耗越低。在此基础上,用模拟退火优化算法对空气层厚d1和纤芯半径rco进行了最优化求解。最后,用以上求得结构参数的优化组合即N=3,d2=2.648μm,n2∶n1=1.49∶1.0,d1=3μm和rco=100μm,计算得到最低损耗是0.449dB/km。     

双层孔大模场微结构光纤的模式特性分析

本文分析一种由两层低折射率孔组成的大模场光纤的模式特性,采用多极法和有限元方法数值计算并分析了内层孔与外层孔尺寸变化对光纤基模与高阶模的束缚损耗与弯曲损耗的影响,设计获得了一种具有较高的高阶模和基模损耗比同时允许一定程度弯曲的大模场光纤,结果表明:当内层孔直径为34μm,外层孔直径为24 μm时,其基模束缚损耗为0.00017 dB m,而高阶模束缚损耗为1.39 dB/m;光纤的基模模场面积为2450.9μm2,当弯曲半径为1.2m 时,弯曲损耗为0.106 dB/m.     

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。     

新型全固态准晶体结构大模场光纤特性研究

大模场单模光纤在高功率激光器、高功率光传输和高灵敏度传感器等领域具有重要意义.设计了一种新型超低损耗大模场单模光纤,包层空气孔由掺氟硅玻璃棒代替,掺氟硅玻璃棒排列呈六重准晶体结构.基于有限元法对光纤的传输特性进行了数值模拟.研究了光纤结构参量变化对模式特性和有效模场面积的影响.结果表明:波长在1064 nm处,有效模场面积高达5197μm2,基模的限制性损耗低于10-5dB/km,解决了大模场与低损耗之间的冲突;在1064—2000 nm波段内,基模与二阶模的限制性损耗相差7个量级,实现单模传输;半径为10 cm时,弯曲损耗小于0.01 dB/m,具有良好的低弯曲损耗特性.此光纤能够提高光纤热损伤阈值,减少接续损耗,全固态结构有效避免了空气孔塌陷,简化制备工艺,对高功率激光传输、光纤激光器和光纤放大器的发展具有重要意义.     

1550nm低损耗单模全固态光子带隙光纤研究

全固态光子带隙光纤由于其独特的带隙和色散特性以及易于和传统光纤熔接的优势,引起了国内外研究人员的广泛关注.本文采用等离子体化学气相沉积工艺结合堆叠拉制法制备了全固态光子带隙光纤,并运用频域有限差分法模拟了其损耗和色散特性.该光纤1550 nm处有较低损耗且单模传输,计算得到1550 nm处的有效模场面积和色散分别为191.81μm2和16.418 ps/(km·nm),在测试范围1500—1650 nm内损耗小于0.15 dB/m.结合实验结果,对光纤参数做了进一步模拟优化.     

柔性硫系玻璃光纤传像束的制备及性能研究

通过引入特征温度与硫系玻璃相匹配的高性能热塑性聚合物聚酰亚胺(PEI)作为光纤包层,结合复丝工艺制备了像素数为900的As2S3/PEI光纤传像束,表征了光纤的损耗、光纤束的断丝率、分辨率和串扰率。As2S3/PEI光纤在2~6μm波段传输性能优异,背景损耗约为0.5 d B/m,在S-H杂质对应的4.0μm波长的峰值损耗为3.5 d B/m。单丝直径为80μm、像素数为900的光纤束的断丝率为1%,分辨率为7 line/mm,串扰率为1%,通过此传像束得到了清晰的电烙铁红外图像。而且,将PEI溶于二甲基乙酰胺(DMAC)后使光纤束表现出很好的柔性。采用这种类似"酸溶玻璃"的可溶于特定溶剂的热塑性聚合物,作为过渡介质,结合复丝工艺有望制备出柔性高分辨率硫系玻璃光纤传像束。     

大容量长距离传输用低非线性效应非零色散位移光纤

利用非等温等离子体化学气相沉积 (PCVD)工艺制备了一种适合于大容量高速率长途干线网与城域网的中芯下陷型纤芯结构非零色散位移光纤。该光纤的有效面积大于 95 μm2 ,在 15 5 0nm波段的色散值约为9ps/(nm·km) ,有效的抑制了传输过程中光非线性效应的产生。通过对光纤剖面结构的优化设计 ,光纤的 15 5 0nm处的传输损耗降到约 0 .2 1dB/km ,与传统单模光纤的熔接损耗低于 0 .11dB ,且在直径为 6 0mm圆筒上绕 10 0圈后在 14 6 0nm到 16 2 5nm波长范围所引起的附加弯曲损耗均低于 0 .0 2dB/km。同时 ,该光纤色散斜率低于0 .0 6 5 ps/(nm2 ·km) ,偏振模色散 (PMD)小于 0 .0 5 ps·km-1/2 。此外 ,由于光纤的零色散点移到了 14 30nm以下 ,使波分复用 (WDM)传输在S波段 (14 6 0～ 15 30nm)、C波段 (15 30～ 15 6 5nm)、L(15 6 5～ 16 2 5nm)波段上都兼容。     

大芯径石英阶跃光纤光谱损耗测量研究

大芯径石英阶跃光纤的谱损耗是光纤传输性能的重要参数之一。介绍了大芯径光纤光谱衰减的测量方法,对大芯径阶跃光纤在400～600nm光谱范围内的谱损耗特性进行了研究。结果表明,光纤在400～600 nm范围内的谱损耗随波长的减小而增大,通过实测得到的600nm处的损耗系数为12 dB/km,400nm处的光谱损耗系数为96dB/km。     

低损耗宽带近零色散高非线性光子晶体光纤设计

提出了一种兼具低损耗、宽带近零色散和高非线性的光子晶体光纤结构,该结构光纤包层空气孔直径从纤芯向外层方向渐进增加;应用多极法,通过改变包层空气孔间距Λ、各层空气孔直径和空气孔层数N_r,对光子晶体光纤色散、损耗和非线性特性进行分析,获得了各特性随包层结构参数变化的规律,并最终设计出最佳结构参数。计算结果表明,该结构光纤存在3个零色散点,在1.25～1.55 μm较宽的波长范围内,色散值波动小于0.27 ps·nm?1·km?1,色散斜率小于0.008 ps·km?1·nm?2,1.55 μm波长处损耗为0.021 dB/km,在常用的飞秒激光泵浦波长0.8,1.06,1.55 μm处非线性系数分别达到78.6,60.4,38.2 W?1·km?1。     

塑料光纤的远场辐射图和微分模式损耗研究

通过观察塑料光纤远场辐射图,分析了阶跃型塑料光纤中的模式耦合效果.实验结果表明,阶跃型塑料光纤的模式耦合效果很明显,模式耦合从光纤传输5米左右开始发生,到传输20～30 m时,模式耦合完成,光纤末端能量分布达到稳态.采用剪断法测量了塑料光纤的微分模式损耗,发现微分模式损耗随着模阶的增加而增加,大多数模阶的微分模式损耗在150～180 dB/km范围内.     

一种小尺寸抗弯曲光纤的制备与性能研究

制备了一种外径远小于常规G.652光纤的大模场抗弯曲单模光纤。通过设计凹陷包层的预制棒结构,提高光缆光纤的抗弯曲性能,同时保持与G.652光纤相似的模场直径。测试结果显示光纤涂层外径为180μm、模场直径为9.1μm,且在7.5 mm半径单圈弯曲下,其宏弯损耗低于0.4 dB@1 550 nm,长期环境性能附加衰减不大于0.03 dB/km。利用这种新型光纤制备的光缆可节约44%的空间,能有效地铺设于拥挤和狭窄的通道中。     

7×1中红外光纤合束器的设计、制备与性能

中红外光纤合束器可将多个低功率的中红外激光器进行合束，从而实现较高的功率输出。本工作研制了一种7×1硫系玻璃光纤合束器(未熔接输出光纤)，评估了其中红外传输特性。该光纤合束器由As₄₀S₆₀/As₃₈S₆₂光纤组束熔融拉锥而成，初始光纤的纤芯直径和包层直径分别为200μm和250μm，数值孔径为0.38～0.35(@2～6μm)，拉锥比例R为3和4，锥形过渡区长度为2 cm。测试结果表明：当R=3时，制备的光纤合束器在3μm和4.6μm波长的端口传输效率分别为>90%和>87%；当R=4时，制备的光纤合束器在3μm和4.6μm波长的端口传输效率分别为>88%和>85%；光纤合束器输出端的光纤单丝之间未发生明显串扰。     

基于下陷内包层设计的大芯径掺氟光纤表征及性能

采用体式显微镜、扫描电子显微镜、拉曼光谱表征了不同氟浓度、波导结构条件下光纤预制棒锥区及光纤的表面形貌与微观结构,用光纤综合参数分析仪、自制输出激光刀头分析了大芯径掺氟包层光纤的损耗、激光传输效率.结果表明:随着氟含量的升高,氟挥发现象愈加明显,传统大芯径掺氟包层光纤表面产生的裂纹、凹坑等缺陷增多,光纤损耗略有增加,激光传输效率下降;采用下陷掺氟内包层设计有效抑制了大芯径掺氟包层光纤制备过程中的氟挥发、析晶现象,1 200nm波段光纤损耗为3.99dB/km,平形和球形光纤2μm波段的激光传输效率分别达到88.9%和88.4%,性能明显高于传统结构光纤.     

2μm波段低损耗长周期光纤光栅设计与制作

采用二氧化碳激光逐点刻写技术对2μm波段长周期光纤光栅(LPFG)的传输特性进行了实验研究,探索了光栅周期、折射率调制深度、光栅周期数等光栅刻写参数对光纤光栅在2μm波段特征损耗峰的影响。仿真和实验结果均表明,2μm波段LPFG的谐振中心波长和谐振峰深度可分别通过光栅周期以及光栅长度来调谐,激光扫描次数以及折射率调制都将增加光纤内模式的耦合强度。此外还探究了2μm波段LPFG对于环境温度的敏感特性,通过设计实验测得该波段LPFG的温度灵敏性为74 pm/℃。该研究在2μm波段光纤激光器及其应用的核心器件方面有潜在的应用价值。     

电子辐照对掺铒单模光纤损耗特性的影响

本文介绍了掺铒(Er³⁺)单模光纤电子辐照特性,测量了辐照前后和退火后的光纤参数。发现在0.80-1.60μm范围内辐照引起的损耗很大,在0.80-1.20μm短波部分辐照损耗遵循L_UV=0.342exp[E/0.166];而1.20-1.60μm长波部分遵循L_IR=2.2·10⁴exp[-6.08E](E的单位为eV)。120℃退火60h可使长波辐照损耗减少,但0.80μm附近的损耗反而增加。最后讨论了辐照损耗的机理 关键词：     

准光子晶体光纤的色散特性

设计了几种在较宽的通信区域色散平坦的准光子晶体光纤(PQF),借助于全矢量有限元法,分别研究了基于双包层结构的2种准晶格光子晶体光纤的色散特性。数值模拟结果指出:对于PQF1,通过合理选择结构的参数,在光通信窗口1.45～1.65μm的范围内准光子晶体光纤的色散数值可以控制在-2.41±0.28ps/(km.nm)。小幅度增大孔间距,可在1.350～1.736μm的较宽波长范围内得到一条近零平坦色散曲线,其色散值|D|可以控制在1 ps/(km.nm)左右,达到-0.45～0.57 ps/(km.nm)。对于PQF2,在1.45～1.68μm的范围内其色散值可以控制在4.795±0.355 ps/(km.nm)。     

Ge30Sb8Se62硫系玻璃的制备及其10.6μm低损耗空芯光子带隙光纤的设计

硫系玻璃光子晶体光纤在中远红外激光传输领域具有广阔的应用前景。制备了红外波段具有优良透过特性的Ge30Sb8Se62硫系玻璃,并以此为基质材料设计了一种适合于高功率中红外激光传输的带隙型光子晶体光纤。利用平面波展开法和有限元法分析了不同结构下该光纤的光子带隙、模场面积和限制损耗特性。通过优化光纤的结构参数,获得了在10.6μm处限制损耗小于0.1dB/m的大模场(模场面积大于100μm2)光子晶体光纤。     

低损耗阶跃型塑料光纤(SI-POF)工艺的研究

介绍一种用高分子材料研制低损耗阶跃型塑料光纤(SI-POF)的新型工艺流程,采用甲基丙烯酸甲酯(MMA)与其他高分子材料共聚合成一种阶跃型折射率分布塑料光纤(SI-POF).该光纤采用含氟树脂包层,可以降低损耗.原料的精馏提纯、聚合反应、拉丝等整个工艺过程都处在一个密闭系统中.探讨聚合反应方式对塑料光纤导光性能的影响,从而获得性能优异的塑料光纤,光纤的使用距离为50～100m,其导光性能为:光损耗小于200dB/km;数值孔径为0.35～0.55.     

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。     

石墨烯包层结构光子晶体光纤的高双折射特性

将PG玻璃材料制作成的椭圆纤芯引入光子晶体光纤中心,设计了一种石墨烯包层结构的高双折射光子晶体光纤.基于有限元法对该光纤的双折射特性进行了数值模拟,研究了光纤孔径比、孔间距和纤芯椭圆对双折射特性的影响,并以该光子晶体光纤的模场面积和限制性损耗为依据进行了优化.研究结果表明:在波长1 550nm处,光纤双折射率高达0.13,满足高双折射要求;两偏振方向模场面积小于0.7μm2,限制性损耗低于10-6 dB/km.该光纤可有效保持光在传输系统中的偏振状态,为高稳定性超连续谱的产生提供依据.