光子晶体光纤的正交函数模型

提出了一种用于分析光子晶体光纤的正交函数模型。采用一种新型超格子的构造方法,将光子晶体光纤的横向介电常量表示为两种周期性结构叠加。将横向电场以厄密一高斯函数展开,利用正交函数的性质,将全矢量波动方程转化为矩阵本征值问题,求解本征值问题可得到模式的传输常量及模场分布。利用此模型举例讨论了椭圆孔三角格子光子晶体光纤的模场分布和偏振特性以及三角格子光子晶体光纤的色散特性和有效面积等传输特性。作为一种普适的模型,此方法还可适用于四方结构、蜂窝结构及椭圆孔等多种结构光子晶体光纤。     

矩形孔光子晶体光纤

采用全矢量有限元方法和完美匹配层条件,研究了一种在光纤包层中引入矩形孔的光子晶体光纤,提出一种实现高双折射光子晶体光纤的方法.模拟结果表明矩形孔光子晶体光纤具有椭圆孔光子晶体光纤类似的高双折射特性,其双折射高达0.01的量级,两种光子晶体光纤的模场、双折射、约束损耗等特性基本类似.     

矩形孔光子晶体光纤

采用全矢量有限元方法和完美匹配层条件,研究了一种在光纤包层中引入矩形孔的光子晶体光纤,提出一种实现高双折射光子晶体光纤的方法.模拟结果表明矩形孔光子晶体光纤具有椭圆孔光子晶体光纤类似的高双折射特性,其双折射高达0.01的量级,两种光子晶体光纤的模场、双折射、约束损耗等特性基本类似.     

压缩型双缺陷椭圆孔光子晶体光纤

提出了一种通过横向压缩普通圆孔光子晶体光纤,得到双缺陷椭圆孔光子晶体光纤的方法.所提出的双缺陷光子晶体光纤具有高双折射率,采用全矢量有限元方法和各向异性介质完美匹配层方法对该光子晶体光纤的双折射特性和约束损耗特性进行了研究.理论模拟结果表明所提出的光子晶体光纤的双折射率可以达到10－2量级.     

新型高双折射光子晶体光纤特性分析

将单模光子晶体光纤的空气孔设计成椭圆形增加其结构的不对称性,可以破坏模式中两偏振态的简并,达到实现双折射特性的目的.据此,提出了一种新型的高双折射光子晶体光纤.该模型通过在纤芯引入两个小空气孔以及将包层的第一环和中间一行变为椭圆空气孔来造成光纤模式的不对称性,获得了高双折射特性.之后对该结构的色散特性及模场面积等特性进行了数值模拟,并且讨论了外包层空气孔的几何参数改变对于该模型色散特性的影响.采用全矢量平面波展开法,并且以完美匹配层作为边界条件对该结构光子晶体光纤的上述特性进行分析.结果表明,该结构光子晶体光纤可以在较宽的波长范围内产生10-3量级的模式双折射,并且从1 100～1 800nm范围内具有平坦色散特性,同时具有小模场面积特性.为基于超平坦色散、高双折射和高非线性光子晶体光纤的光纤器件的制作和应用提供理论基础.     

利用超格子模型对布拉格光纤的研究

为了研究布拉格光纤的模式特征和传输特性,提出了超格子模型,利用傅里叶级数表示光纤横向折射率分布,利用平面波展开法分析布拉格光纤的能带结构,基于厄米-主斯函数的局域正交函数展开法,从全矢量耦合波动方程出发,得到关于模式传播常量和电场展开系数的本征方程,从而分析布拉格光纤的模式特征。以高折射率芯布拉格光纤为例,实现了该算法,得到基模与二次模的横向电场分布、基模色散曲线和模式双折射。基模的模式双折射可用于衡量算法的精度,结果表明该算法精度较高。超格子模型不仅可以用于研究高折射率芯布拉格光纤,而且同样可以研究低折射率区域导光的布拉格光纤。     

高双折射光子晶体光纤中均匀布拉格光栅的特性

研究了具有高双折射的光子晶体光纤(HB PCF)中均匀布拉格光栅(FBG)的光谱特性。利用紧凑的超格子模型,对光子晶体光纤的传输特性进行分析,研究正向传输和反向传输的模式之间的耦合规律,从而研究写入光子晶体光纤中的均匀布拉格光栅的特性。首先给出具有C6v对称性的零双折射光子晶体光纤中光纤布拉格光栅的布拉格波长λB随光纤结构参量的变化规律;然后分析一种高双折射光子晶体光纤中的光纤布拉格光栅的光谱特性,高双折射使两个不同偏振态的反射峰分开较大;最后分析了一种常用的双模双折射光子晶体光纤中光纤布拉格光栅的光谱特性,LP01模和LPe11模的两个偏振态对应的反射谱都由于高双折射而分开。     

椭圆芯非六角对称高双折射聚合物PCFs

采用全矢量平面波展开法,以聚合物PMMA为基材,研究了椭圆芯非六角对称聚合物光子晶体光纤（Photonic Crystal Fibers,PCFs）的传输模场和偏振特性,从理论上分析了其模式双折射和光纤结构参量的关系.研究结果表明,该PCFs基模的两个正交偏振态不再简并,模场呈现明显的椭圆并具有较强的线偏振特性；另外,该光纤的模式双折射强烈地依赖于光纤的结构参量,通过适当调节光纤的相对孔间距比,有望在给定波长范围内实现更高双折射单模运行.     

一种新型高双折射光子晶体光纤

提出了一种新的高双折射光子晶体光纤结构.应用全矢量频域有限差分方法所做的数值分析表明：该结构光纤基模的两个正交偏振态不再简并，其模式呈现很强的线偏振特性,并且模式双折射与结构参数设置有密切关系.通过选择合适的结构参数，可以使之达到10^-2量级，比传统的D型和熊猫型保偏光纤高出2个数量级.合理设计光纤包层的几何结构，可以取得理想的色散效果.这种结构的光子晶体光纤可用于制作具有适当色散特性或偏振特性的保偏光纤及相关光纤器件. 关键词： 光子晶体光纤 模式双折射 偏振特性 频域有限差分法     

有中心缺陷孔的椭圆孔光子晶体光纤传输特性研究

基于超格子构造法,采用全矢量模型研究了具有中心缺陷孔的椭圆光子晶体光纤的传输特性。着重讨论了中心缺陷孔对光纤中基模的模场分布、双折射特性和色散特性的影响。研究表明：与椭圆孔光子晶体光纤相比。由于中心椭圆缺陷孔的引入,使该光纤具有更高的模式双折射。光纤的传输特性对光纤的结构参量和波长具有较强的依赖关系。随着波长和中心缺陷孔的增加。双折射将增大,其模式双折射在10^-3量级。改变光纤的结构参量,可以获得超宽带的色散平坦或异常的色散特性。分析结果显示,当中心孔的尺寸de／D=0．4时。在波长1．55μm附近,可获得近400nm的色散平坦区。     

Numerical Study on the Waveguiding Properties of Photonic Crystal Fibers

The photonic band structure, mode field distribution, and leakage loss of different photonic crystal fibers are studied by the full vectorial plane wave expansion method and an extended beam propagation method. A comparison on the waveguiding mechanism is conducted among solid-core triangular-lattice PCF, air-core honeycomb PCF, and solid-core honeycomb PCF. For the latter two structures, which conduct light by the photonic bandgap effect, the advantages of down-doped solid-core honeycomb structure are demonstrated for its Gaussian-like mode field distribution and low leakage loss. A combined study on the leakage loss and band structure of solid-core honeycomb PCF has revealed the distinctive properties of photonic bandgap effect.     

环形光子晶体光纤中涡旋光的传输特性研究

由于涡旋光具有轨道角动量,将它应用于光纤通信领域可以有效提高信息传输速率.设计了一种环形光子晶体光纤,利用COMSOL Multiphysics软件对其涡旋光TE01,HE±21和TM01模式特性进行模拟计算,它们之间有效折射率差分别为4.59×10~(-4)和3.62×10~(-4);其中,TE01模式的涡旋光在入射光波长范围为1650—1950 nm时,色散值在44.18—45.83 ps·nm~(-1)·km~(-1)之间平坦;入射光波长在1550 nm时,TE01模式的涡旋光的非线性系数为1.37 W~(-1)·km~(-1).该结构的光子晶体光纤的涡旋光具有损耗小、色散平坦等特性,对光纤中传输涡旋光、将涡旋光应用于超连续谱等方面的研究具有重要意义.     

光子晶体光纤模式特征的研究

从基空间填充模出发，将光子晶体光纤的包层等效成均匀介质，从而将光子晶体光纤等效为阶跃折射率光纤。利用等效折射率模型，对光子晶体光纤的模式特征进行了详尽的研究，主要包括模式特性、传输常量、模场分布、功率限制特性、瑞利散射损牦特性、色散特性，等等。并通过功率限制因子这一参量将它与单模光纤进行比较。结果表明，光子晶体光纤单模工作波长范围比较宽，功率限制因子比较高，可用于制作更高抽运效率的光纤放大器。     

新型抗弯曲大模场面积光子晶体光纤

研制出一种新型抗弯曲大模场面积石英光子晶体光纤. 利用光子晶体光纤结构设计的灵活性, 通过规划缺陷的位置及空气孔的尺寸, 实现了大模场面积单模及低弯曲损耗特性.应用建立的实际光子晶体光纤特性分析模型, 研究了研制光纤的模式特性和弯曲特性, 在波长1064 nm处, 平直状态下光纤的模场面积可以达到2812 μm², 基模限制损耗为0.00024 dB/m, 高阶模限制损耗高于1.248 dB/m. 基模和高阶模之间的高传输损耗差, 保证了在获得大模场面积的同时实现单模传输. 弯曲半径和弯曲方向角所带来弯曲损耗变化的研究结果显示, 即使在弯曲半径小到5 cm时, 弯曲损耗也在10^-3 dB/m量级以下, 而且在弯曲半径为30 cm时光纤可承受的弯曲方向角范围扩展至-60°–60°. 研制的光纤具有良好的低弯曲损耗特性, 可有效解决非对称结构所带来的光纤弯曲特性对弯曲方向角敏感的问题. 该光纤在高功率光纤激光器、放大器及高功率传输等技术领域具有重要的应用价值. 关键词： 光子晶体光纤 大模场面积 低弯曲损耗 弯曲方向角     

Novel single-mode and polarization maintaining photonic crystal fiber

In this paper, we present and propose a novel structure for improved birefringence and single-mode propagation condition photonic crystal fiber (PCF) in a broad range of wavelength. The birefringence of the fundamental mode and single mode property in such a PCF is numerically estimated by employing full vector finite element method (FVFEM) and anisotropic perfectly matched layers (APML). The simulation results illustrate that we can achieve a high birefringence and perfect single-mode condition by employing silica-filled into one-line elliptical air holes parallel to x-axis and rotated by an angle. Obviously, the proposed PCF is quite useful for optical devices.     

管间界面特性对周向超声导波传播特性的影响

采用界面弹簧模型对圆管结构的管间界面特性进行描述, 推导出含弱界面的圆管结构中声波沿周向传播时的位移场及应力场的数学表达式. 在此基础上采用导波的模式展开分析方法, 给出了与管间界面特性及激励源密切相关的周向超声导波模式展开系数的解析表达式. 数值分析了管间界面特性的变化对周向超声导波的频散和声场产生的影响. 理论与数值分析结果表明, 通过选择适当的驱动频率及周向导波模式, 可使周向超声导波的相速度及圆管外表面的位移场随管间界面特性的变化表现出非常敏感且单调的性质. 这一结果有助于采用周向超声导波方法准确定征圆管结构的管间界面特性.     

双折射光子晶体光纤传输特性分析

采用时域有限差分法对光子晶体光纤导模的传输特性进行数值分析,通过该法可得到任意横向结构光子晶体光纤的色散特性和双折射特性。为提高精度,在计算中应用了各向异性完全匹配层作为吸收边界条件。光子晶体光纤的传输特性完全由其横向结构决定。用时域有限差分法对一类对称结构和两类非对称结构光子晶体光纤进行了数值分析,计算结果表明经合理设计的非对称结构光子晶体光纤中可存在较高的双折射(其双折射可达0．07)。表明时域有限差分法可有效应用于分析和设计具有特定色散和偏振特性的光子晶体光纤。     

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.