微小空气孔传光的光子晶体光纤研究

利用有限元方法对纤芯中心带有一个微小空气孔的光子晶体光纤进行了分析,得到了其模场分布、损耗及色散特性随光纤结构参数及波长的变化规律.根据光的衍射原理及光子晶体光纤的传输特性,对空气孔传光的物理本质进行了解释.得到了微小空气孔低损耗、高强度、单模传输时,光子晶体光纤结构参数及波长的取值范围.设计出了一种优化的光子晶体光纤结构,其模场很好地集中在纤芯微小空气孔中,限制损耗α=5.9×10^-5dB/km,为微小空气孔传光的光子晶体光纤设计及制备提供了理论指导.光在空气孔中高强度、长距离传输,为光与物质相互作用及非线性光纤光学提供了新的条件.     

一种基于模间干涉的亚波长直径光纤气体折射率传感

设计了一种基于模间干涉的亚波长直径光纤气体折射率传感方案,并分析了其测量灵敏度.将标准单模光纤和一段仅传输基模与二阶模的无包层亚波长直径光纤结合形成传感头,通过分析传感头外气体折射率的变化对两个模式干涉谱峰值移动的影响,研究了这种传感器的折射率测量灵敏度.结果表明,这种传感器的灵敏度高于利用折射率引导型光子晶体光纤的基于模间干涉的折射率传感器.因为没有气体向微孔扩散的过程,这种基于模间干涉的亚波长光纤折射率传感器可用于实时探测.     

一种基于模间干涉的亚波长直径光纤气体折射率传感

设计了一种基于模间干涉的亚波长直径光纤气体折射率传感方案,并分析了其测量灵敏度.将标准单模光纤和一段仅传输基模与二阶模的无包层亚波长直径光纤结合形成传感头,通过分析传感头外气体折射率的变化对两个模式干涉谱峰值移动的影响,研究了这种传感器的折射率测量灵敏度.结果表明,这种传感器的灵敏度高于利用折射率引导型光子晶体光纤的基于模间干涉的折射率传感器.因为没有气体向微孔扩散的过程,这种基于模间干涉的亚波长光纤折射率传感器可用于实时探测.     

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.     

单入射波长及纤芯存在光致双折射的长周期光纤光栅的折射率传感分析

利用全矢量耦合模方程提出并分析了一种基于纤芯存在光致双折射的长周期光纤光栅的环境折射率传感测量方法.以波长为谐振波长的完全偏振光为入射波,通过分析不同环境折射率下输出光的偏振态在邦加球上与参考点间球面距离的变化测量环境折射率.分析表明,在环境折射率1～1.30范围内包层半径为20.75 μm的长周期光纤光栅传感器线性特性良好,灵敏度为0.356/RIU,可应用于湿度和气体的折射率测量;该分析方法适用于其他类型的双折射长周期光纤光栅传感器的设计.     

800nm波段单偏振方向上无模间色散的双芯光波导

为探究如何消除双芯光波导的模间色散,提出了一种纤芯填充高折射率溶液的双空芯光子晶体光纤,并基于全矢量有限元法进行了理论分析,获得了光纤的模式有效折射率、耦合系数、模间色散系数。研究结果表明:当纤芯所填充的溶液折射率为1.40时,光纤的y偏振方向上模间色散在800 nm传输波长处为零,理论上能够完全消除y偏振方向上模间色散导致的脉冲畸变。即,当传输光波长为800 nm时,这种光纤在y偏振方向上可以抑制模间色散,从而可以广泛用于全光开关、超短脉冲传输、光孤子传输等应用场合。     

椭圆高双折射光子晶体光纤的双折射及损耗研究

提出了一种椭圆型高双折射光子晶体光纤,并采用多极法分析各结构参量对模式基模模场、双折射、损耗特性的影响.结果表明:改变椭圆型空气孔的椭圆率和包层椭圆率的大小,在波长1 550nm处,该光纤可获得2.26×10-3的双折射,限制损耗为2.8×10-3dB/km,且此时x偏振方向和y偏振方向相差数十倍,有利于光信号偏振传输,可用于制造偏振单模传输的保偏光纤;在1 300~1 500nm的波长范围内,该光纤有稳定的大小为10-6的低损耗.     

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     

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     

保偏空芯光纤的研究进展

保偏光纤可以通过人为引入的高双折射,降低外界环境扰动引起的不可控双折射或偏振模色散给光纤传输带来的影响,在精密干涉传感、激光器系统、光通信等领域的应用中具有重要意义.相比传统实芯光纤受制于其纤芯高折射率材料的本征性缺陷,空芯光纤可以通过特定的微结构设计将光场限制在低折射率的空气纤芯中,具有低延迟、低色散、低非线性、高光致损伤阈值、抗干扰和可填充液体或气体的高灵活性等优势,因此保偏空芯光纤不仅能在上述应用领域发挥其性能的优势,还在高功率脉冲激光传输、生物化学分析等领域展现出广阔的应用前景.本文简要回顾了保偏空芯光纤的发展历程,对其中的设计思想和关键技术进行了讨论.     

微纳结构光纤光谱学

微纳结构光纤光谱学是指以空芯微结构或微纳光纤为样品池,光和物质在纤芯内部或表面进行相互作用的光谱学技术。本文回顾空芯和微纳光纤导光的基本原理,介绍气体、液体样品池构建的理论和方法,综述基于光谱吸收、光热、光声、荧光、拉曼等效应的微纳结构光纤光谱学的最新进展及今后可能的发展方向。微纳结构光纤对光场的束缚能力强、模场能量在空气中的比例高,可实现光和物质在其中的高效、长距离相互作用。微纳结构光纤样品池的采用,可提升传统光谱学系统的性能或构建新型的光谱学系统;应用传输光纤与其他光学元器件进行柔性连接,可促进光谱学仪器和传感器的小型化和实用化。     

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.     

Highly Birefringent Microstructure Fiber with Zero Dispersion Wavelength at 0.64 Micrometer

Abstract

In this article, we have designed a microstructure fiber, which consists of elliptical air holes at the core region. We have investigated its optical properties using finite difference time domain method. The fundamental mode of the proposed microstructure fiber can induce very high birefringence. It has been realized that the value of birefringence is mainly decided by the shape of the air holes present in the first and second rings. The zero dispersion wavelengths of both fast and slow axes have been shifted to 0.64 micrometer. The proposed birefringent microstructure fiber may be useful in optical communication and sensors.     

一种带葡萄柚空气孔的高双折射ZrF_4-BaF_2-LaF_3-AlF_3-NaF光子准晶光纤

提出了一种具有二重对称性的ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF(ZBLAN)氟化物玻璃基的光子准晶光纤.光纤结构是以ZBLAN氟化物玻璃为背景材料,外包层由圆形空气孔以正方形与正三角形分布组成的基本单元构成,在芯区两侧引入两个对称的葡萄柚空气孔,以增加光纤的双折射.应用全矢量有限元法,研究了光纤的双折射和限制损耗特性与结构参数的关系.通过优化光纤结构参数,在1800—2200 nm的波长范围内获得了具有单模传输特性的高双折射光纤,其模式双折射高达10-2,比普通保偏光纤高出两个数量级,与目前报道的采用椭圆空气孔微结构光纤获得的高双折射具有同样的量级.但与具有椭圆空气孔微结构光纤相比,提出的光纤结构更易于制作.研究结果为开辟2μm波段光器件的研究做出了有益的探索.     

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。     

新型高双折射及色散平坦光子晶体光纤研究

用平面波展开法对光子晶体光纤中电磁场的Maxwell方程组进行了求解。将光纤截面作为超元胞衍生出一个无边界的二维周期性系统，光纤纤芯等效为光子晶体中的缺陷，借助平面波法对其性质进行研究，模拟了半导体中的超格子。运用上述超格子模型，对与纤芯同列孔半径可变的高双折射及与包层中纤芯距离最近的孔半径可变的色散平坦光子晶体光纤的光学性质进行了研究，发现与纤芯同列的孔半径变化时，其双折射比传统光纤更强，而当包层中距离纤芯最近的孔半径取特定值时，可得到近零色散平坦光纤并在大范围内获得反常色散。与传统光纤和普通光子晶体光纤相比，这种新型的色散平坦光纤在密集波分复用（DWDM）光通信系统中具有更高的应用价值。     

高双折射纳米结构光子晶体光纤特性研究

设计了一种高双折射高非线性纳米结构光子晶体光纤,利用电磁场散射的多极理论研究了这种光纤的双折射、基模模场、色散以及非线性特性.数值研究发现,加大纤芯及包层空气孔的非对称程度,可使双折射变大,其双折射最大值可达1.918×10-2.通过调节孔节距大小,可将双折射最大值调至所需波长处,孔节距为400nm的纳米光子晶体光纤在800nm波长处非线性系数高达0.2m-1.W-1,同时在750—1000nm的波段有较大的双折射值,高双折射和高非线性在纳米结构光子晶体光纤中实现了完美的结合.对新型纳米光子器件的研制和集成光学的发展具有重要意义.     

Design of Topas microstructured fiber with ultra-flattened chromatic dispersion and high birefringence

A microstructured polymer optical fiber (mPOF) with both ultra-flattened near-zero chromatic dispersion and high birefringence based on Topas cyclic olefin copolymer is designed. Three rings of uniform elliptical air holes are arranged in triangular lattice in the cladding and an extra small defected hole is introduced in the fiber core. Guided modes, dispersion, birefringence and mode confinement properties of the designed mPOF are investigated by using the full-vector finite element method. Dispersion values between ± 0.5 ps/km/nm over the wavelength 1.1-1.7 μm and high birefringence of the order of 10⁻³ are obtained for the optimized fiber structure. Low confinement losses and small effective mode area are obtained at the same time. The relatively simple architecture of the proposed Topas mPOF can be fabricated by our extrusion-stretching techniques.     

圆形双芯微结构色散补偿光纤的色散特性分析

提出了一种圆形双芯微结构光纤,用频域有限差分法(FDFD),并对其色散特性进行了分析,并与前人提出的六边形双芯微结构色散补偿光纤进行了比较。结果表明:当圆形双芯微结构色散补偿光纤的高折射率区半径保持不变时,改变沿水平直径方向相邻空气洞中心点间的距离和空气洞的直径,能够控制有效模折射率的转折点,并在该处产生较大的负色散。由于圆形双芯微结构色散补偿光纤比六边形双芯微结构色散补偿光纤的有效模折射率对参数变化较为敏感,故前者更易于精确地控制转折点,达到色散补偿的目的。