液芯高双折射率光子晶体光纤的特性研究

设计了一种纤芯区域由中心椭圆缺陷孔和其横排的上下两侧椭圆孔组成的高双折射率光子晶体光纤,并在其纤芯中心椭圆缺陷孔中填充高折射率液体物质二硫化碳.利用有限元法分析了该光子晶体光纤的双折射率、功率限制因子、模场分布及色散系数特性.研究结果表明:液芯光纤具有较高的纤芯功率限制因子,在波长0.6~1.6μm范围内实现了宽带大负色散系数,在波长1.55μm处光纤双折射率达到了6.8×10-2,即该结构液芯光子晶体光纤同时实现了宽带大负色散和高双折射率特性.通过结构参量容差性分析得到该光纤具有较好的偏振稳定性.     

光子晶体光纤的耦合分析

利用等效折射率模型对光子晶体光纤与普通单模光纤的耦合情况进行了分析,并用有限元分析模型对等效折射率法得到的模场半径随着跨距的增大而增大的模场特性进行了验证,得到了当光子晶体光纤的填充比固定时,随着跨距的增大,耦合损耗会随之减小到最小值,然后又再度增大这一结论.并通过合理地选择光子晶体光纤的填充比以及跨距来提高耦合效率.     

八边形结构的双折射光子晶体光纤

提出一种新型的双折射光子晶体光纤,在正八边形的基础上改变纤芯附近的几个空气孔的直径产生双折射.利用多极法对该光纤基模的模场分布、色散、限制损耗及双折射特性进行数值分析,并且分析了一些参数对双折射的影响.计算了具有相同参数的六边形结构光子晶体光纤的色散系数、限制损耗及双折射率.研究表明,具有相同参数的八边形结构光子晶体光纤比六边形结构光子晶体光纤的双折射率明显提高,限制损耗大幅度减小,零色散波长也向短波方向移动. 关键词： 光子晶体光纤 双折射 色散 限制损耗     

光子晶体光纤的导波模式与色散特性

利用有效折射率方法基于标量近似理论对光子晶体光纤的传播模式和色散特性进行了数值模 拟，发现通过调节光纤包层的空气填充率或包层空气穴节距及其有效芯径可以在很宽的波长 范围实现单模传播，可以设计零色散波长小于1.27μm的光子晶体光纤和在较宽的波段接近 于零色散的色散平坦光纤，以及具有较大的正常色散值的色散补偿光纤. 关键词： 光子晶体光纤 有效折射率 标量近似 导波模式     

全内反射型大模式面积光子晶体光纤设计

利用平面波展开法对全内反射型光子晶体光纤的模场分布进行了理论分析和数值模拟,发现通过改变光纤包层结构能够改变模场分布和色散特性,并且利用其特有的"无截止单模"特性,设计了大模式面积光子晶体光纤     

光子晶体光纤的纤芯等效半径分析

应用有限差分光束传播法和平面波展开法分别计算得到光子晶体光纤的基模有效折射率和包层有效折射率，结合阶跃折射率光纤的模色散方程解出该结构的等效芯半径. 通过对不同结构下光子晶体光纤的研究，找到其等效芯半径随结构参数的变化规律，并根据计算结果将此规律以近似公式的形式给出. 该分析和结果可为利用有效折射率法分析光子晶体光纤时等效芯半径的选取提供一定的理论依据.     

一种高双折射光子晶体光纤的模式特性分析

应用全矢量频域有限差分法,分析了所提出的一种高双折射光子晶体光纤的模式截止、损耗、模场半径及数值孔径等特性.数值模拟结果表明,通过设置合适的结构参量,可使这种高双折射光子晶体光纤在保持模式双折射为10-3量级的前提下,能够在600～1800 nm波长范围内保持单模传输,并且限制损耗可低于10-4dB/m量级,同时还可以获得较大的数值孔径,因而聚光能力增强,此外,通过采用高斯曲线拟合基模的模场分布,得到的模场半径与实际模场半径吻合得很好.     

高功率光纤激光器全内反射型大模场光子晶体光纤设计

在高功率密度下产生的非线性效应和材料损伤等问题限制了光纤激光器输出功率的进一步提高。利用大模场光纤降低光纤能量密度,提高非线性阈值是一种最为直接和有效的手段。以空气孔尺寸为光波长量级的全内反射型光子晶体光纤为对象,采用等效折射率模型分析了光子晶体光纤的单模特性,利用有限元法分析了结构参数对光子晶体光纤的模场面积和色散等光束质量参数的影响。设计了一种工作波长为0.40~1.55μm,模场面积为112.74~258.87μm2,且在1.27μm附近可补偿色散的大模场光子晶体光纤。该研究可为高功率光纤激光器大模场光纤的进一步参数优化设计及元件加工提供重要参考。     

温度对液晶填充光子晶体光纤传输特性的影响

利用液晶的折射率是温度和波长函数的特性,在光子晶体光纤(PCF)芯区的空气柱中填充向列相液晶,通过改变温度来改变液晶的折射率,构成了一种温度凋制光子晶体光纤.用阶跃有效折射率模型研究了温度对这种光子晶体光纤在不同光波长时传输特性的影响,并进行了数值计算.结果表明液晶填充使光子晶体光纤的色散减小,由于折射率对温度和波长变化敏感,改变温度可以使光纤在长波长区域出现单模传输,在短波长时不会出现单模传输,即使包层相对孔径很小也不会出现无截止单模传输.温度升高使光纤的色散值增大,零色散波长向短波长方向移动.这些特性对温度调制光子晶体光纤器件的设计和应用具有一定的参考意义.     

混合导引型光子晶体光纤中纤芯折射率相关的导光特性研究

利用全矢量有限元法研究了一种混合导引型光子晶体光纤在纤芯折射率改变时,光纤导光机理和模式的演变特性.当纤芯折射率小于混合包层中空气孔包层的有效折射率时,芯模的导光机理为"双带隙导引型";当纤芯折射率位于空气孔和高折射率两套包层的有效折射率之间时,芯模的导光机理为"单带隙+全内反射导引型";当纤芯折射率大于高折射率棒包层的有效折射率时,芯模的导光机理为"全内反射导引型".并对该光纤在上述三种条件下的导光特性进行了比较和讨论.这些结果对设计特殊用途的光子晶体光纤具有指导意义. 关键词： 混合导引型光子晶体光纤 带隙 模式     

空气孔正方形排列的低损耗高双折射光子晶体光纤的数值模拟

提出了一种正方形排列渐增空气孔高双折射光子晶体光纤，并利用多极方法对光纤基模的模场分布、色散、双折射以及损耗特性进行了数值模拟.模拟结果表明利用这种结构可以在包层空气孔层数较少的情况下实现极低的限制损耗，通过调节内层空气孔的分布可以有效地控制光纤的双折射和色散特性.本结果对高双折射光子晶体光纤的制备具有一定的指导意义. 关键词： 光子晶体光纤 双折射 限制损耗 多极方法     

一种新型的基于四孔单元光子晶体光纤的设计与分析

设计了一种基于四孔单元的光子晶体光纤,它可以满足光通信系统中高双折射率、负色散和低限制损耗的要求,比起通常的三角结构光纤有着更高的双折射率,并且结构制作也较简单。采用全矢量有限元法和各项异性完美匹配层法对所设计的光纤进行了仿真研究。仿真结果表明:该光纤在1.55μm波长处可获得10~(-2)数量级的双折射率,在较宽广的波段范围具有大的负色散,限制损耗低于10~(-9)dB/m;该光纤在保偏光纤、单极化单模光纤、色散补偿光纤等方面具有重要的应用。     

光子晶体光纤带隙及模场的一种综合模拟分析方法

提出直接由MATLAB读入光纤端面图实现复杂结构光子晶体光纤(PCF)模型的快速建立,并综合平面波法(PWM)和频域有限差分(FDFD)法,模拟分析带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)的带隙和模场分布.利用PWM计算得到了在PBG-PCF中传输的光波频率及模式有效折射率范围;基于FDFD法在给定波长及模式有效折射率范围情况下,模拟得到了PBG-PCF中可能存在的模场分布及其他特性.以市售的PBG-PCF为例,验证了数值模拟的正确性,随后系统地分析了结构参数(晶格结构、"原子"占有率、背景材料折射率及"原子 关键词： 光子晶体光纤(PCF) 光子带隙(PBG) 平面波法(PWM) 频域有限差分法(FDFD)     

Dispersion Properties of Photonic Crystal Fiber: Comparison by Scalar and Fully Vectorial Effective Index Methods

The development of analysis and simulation of propagation characteristics of photonic crystal fiber (PCF) using scalar and fully vectorial effective index methods are described. As a result, we report how the fundamental space filling mode, guided mode and dispersion of the PCF depends on its structural parameters like its normalized air hole spacing, center-to-center spacing of the air holes in the photonic crystal or pitch and radius of the unit cell. Normalized frequency parameter V_eff as a function of normalized wavelength for various relative air hole sizes is obtained to estimate the dispersion characteristics of PCF. It is observed that wavelength of zero dispersion, ultraflattened dispersion response and high negative dispersion remarkably differ from two different effective index methods.     

Bending insensitive large mode area photonic crystal fiber

A novel kind of large mode area photonic crystal fibers (PCFs) are proposed in this paper. In order to achieve large effective mode area, a novel technique is applied to seven missing air hole PCF structures. The modal characteristics of PCF structures such as effective mode area, confinement loss, chromatic dispersion properties with doped cores, are investigated by employing the full vectorial finite element method (FEM). Simulation results demonstrate that effective mode area and confinement losses of fundamental mode simultaneously improved by applying our novel technique to proposed structures. The effects of bending on confinement losses of the proposed PCFs have been thoroughly investigated. Additionally, confinement losses of first higher order modes are presented and the possibility of stripping them in a simple way is discussed.     

占空比对光子晶体光纤激光器性能的影响

 在传统光纤激光器工作原理的基础上,考虑光子晶体光纤(PCF)模场分布特征,给出了连续泵浦情况下单模PCF激光器的速率方程和功率传输方程。利用该方程对掺镱单模PCF激光器的性能进行了数值模拟研究。结果表明：虽然空气占空比大小对PCF激光器的输出功率、泵浦阈值和斜率效率等影响不显著,但对拉曼非线性阈值影响却很大。当泵浦功率小于拉曼非线性阈值时,激光器主要输出信号激光;当超过拉曼阈值且在较宽的范围内,激光器同时输出功率相近的信号激光和拉曼光。基于这种效应,提出一种由泵浦功率控制的双波长光纤激光器的新思路。考虑到PCF非线性系数的可调控特性,采用不同光纤有可能在较宽的功率范围获得双波长激光振荡。     

利用Kagome光纤实现多芯光子晶体光纤的输出合束

多芯光纤的输出光束只能在远场和焦点附近实现良好的同相位超模合束,这种超模传输特性大大影响了多芯光纤的应用范围.一种新型中空Kagome光纤为解决这一难题提供了可行的方案,利用中空Kagome光纤可以实现七芯光纤输出模式的整形合束.本文利用中心波长800 nm的钛宝石飞秒激光作为激光源,耦合入七芯非线性光子晶体光纤,得到700 nm至1050 nm的展宽光谱,并实现同相位超模输出.随后,将非线性展宽之后的宽谱七芯光束耦合至Kagome光子晶体光纤中,从Kagome光纤输出光斑呈高斯分布的模式传输,不再演变回七芯模式,耦合效率71%.实验还进一步验证此方法适用于不同结构的多芯光纤,为多芯光纤在高功率激光等领域的应用提供了参考.     

Guiding Properties of a Tapered Photonic Crystal Fiber Compared with Those of a Tapered Single-Mode Fiber

We have fabricated tapered photonic crystal fibers using a fusion splicer and experimentally observed the near-field mode distribution and the beam divergence of it. We have also compared characteristics of the tapered photonic crystal fiber with those of a tapered standard single-mode fiber. Unlike a tapered standard single-mode fiber, the mode field profile of a tapered photonic crystal fiber shows a good confinement of its field within the core region. The numerical apertures of tapered photonic crystal fibers are increased as the diameter of the fiber is decreased.     

Guiding Properties of a Tapered Photonic Crystal Fiber Compared with Those of a Tapered Single-Mode Fiber

We have fabricated tapered photonic crystal fibers using a fusion splicer and experimentally observed the near-field mode distribution and the beam divergence of it. We have also compared characteristics of the tapered photonic crystal fiber with those of a tapered standard single-mode fiber. Unlike a tapered standard single-mode fiber, the mode field profile of a tapered photonic crystal fiber shows a good confinement of its field within the core region. The numerical apertures of tapered photonic crystal fibers are increased as the diameter of the fiber is decreased.