三种典型结构光子晶体光纤基本特性的比较和分析

应用多极法比较和分析了相同结构参数下的正六边形、正八边形和正十边形光子晶体光纤的色散系数、色散斜率、非线性系数和限制损耗.正六边形光子晶体光纤更适合用于色散补偿和高非线性的研究,在波长0.8 μm处的非线性系数达到了0.37 m^-1·W^-1;正十边形光子晶体光纤更适合用于色散平坦和低限制损耗的研究,在波长0.8 μm处的限制损耗相对正六边形光子晶体光纤减小了约3000个数量级,在1.4—1.65 μm波长范围内,正十边形光纤的色散系数介于-0.07—0.17 p     

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     

八边形光子晶体光纤色散补偿特性分析

利用多极法对八边形光子晶体光纤的色散补偿特性进行数值模拟,分析了结构参数变化对色散补偿特性的影响;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和非线性系数;研究表明八边形光子晶体光纤比六边形结构的光子晶体光纤的大负色散特性明显提高,非色散系数低,更有利于进行色散补偿.因此,本文设计了一种新型的八边形色散补偿光纤,在λ=1.55μm时色散值为-1434.9ps·nm^-1·km^-1,色散斜率为-4.6338ps·nm^-2· 关键词： 光子晶体光纤 多极法 色散斜率 色散补偿     

一种高双折射高非线性多零色散波长光子晶体光纤

设计了一种高双折射高非线性多零色散波长的全内反射光子晶体光纤,采用有限元法研究了这种光纤的有效模面积、非线性、色散和双折射特性.计算结果表明,通过设置合适的结构参数,该光纤可在波长1.55μm处获得2.54×10-2的双折射,也可在X,Y偏振方向分别获得50.22 W-1·km-1和54.61 W-1·km-1的高非线性系数.另外,该光纤在近红外波段出现了两个零色散波长,其中的一个零色散波长出现在1.55μm附近.本设计为获得高双折射高非线性多零色散波长的光子晶体光纤提供了一种新的结构,其在偏振控制、非线性光学、色散管理和超连续谱传输方面具有广泛的应用前景.     

八角光子晶体光纤传输特性与非线性特性研究

基于有限元法对一种全内反射型八角光子晶体光纤的传输特性和非线性特性进行了研究,并改变该光子晶体光纤空气孔结构参数得出了其特性与光波长的曲线关系图. 最终得到一种新结构光子晶体光纤,在入射光波长为1.55 μm低损耗窗口处具有非常优越的传输特性和较平坦非线性特性. 关键词： 光子晶体光纤 色散 损耗 非线性系数     

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。     

高非线性光子晶体光纤色散特性的研究

采用矢量光束传输法对不同结构参量的高非线性光子晶体光纤的非线性特性和色散特性进行了数值分析,计算得出高非线性光子晶体光纤的物理参量基模有效面积Aeff 、非线性系数γ和色散系数D.分析了Aeff 、γ和D与高非线性光子晶体光纤结构参量空气孔间距Λ、空气孔直径d之间的关系.分析结果表明,通过调节光子晶体光纤的结构参量可以灵活地调整高非线性光子晶体光纤的非线性特性和色散特性.     

一种新型高双折射光子晶体光纤特性研究

设计了一种高双折射高非线性光子晶体光纤, 采用全矢量有限元法研究了这种光纤的基模模场、双折射、非线性、有效模面积及色散特性. 数值研究发现, 减小孔间距Λ的大小, 在波长1550 nm 处, 该光纤可获得10^-2 数量级的双折射B, 比普通的椭圆保偏光纤高约两个数量级; 同时, 该光纤可获得42 W^-1·km^-1 的高非线性系数γ. 另外,分别在可见光和近红外波段出现了两个零色散波长, 在波长800–2000 nm 之间具有良好的色散平坦特性. 这种设计为获得高双折射高非线性超平坦色散光子晶体光纤提供了一种新的方法, 该光纤在偏振控制、非线性光学和色散控制方面具有广泛的应用前景. 关键词： 光子晶体光纤 高双折射 高非线性 有限元法     

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 .     

双泵浦光子晶体光纤参量放大研究

利用光子晶体光纤在不同零色散波长附近具有不同色散的特性，研究了在零色散波长为780 nm和1550 nm附近的双泵浦光子晶体光纤参量放大过程.在780 nm附近，讨论了零色散波长变化对双泵浦光子晶体光纤参量放大的影响.数值模拟结果表明:当零色散波长发生微小的变化时，信号增益谱带宽会发生很大的变化.当两泵浦光之间的波长差值减小时，零色散波长的变化对参量放大的影响在很大程度上可以得到抑制，但是增益带宽会有一定的减小.依据这一原理，在1550 nm附近设计光子晶体光纤中的色散平坦光纤参量放大，在5 m长的光子晶体光纤中，当峰值功率为10 W时，得到了增益为65 dB，带宽达到420 nm且极为平坦的增益谱.     

光子晶体光纤四波混频光谱中相位匹配特性的研究

与传统光纤不同,光子晶体光纤可以具有多个零色散波长,在四波混频光谱中,具有更丰富的相位匹配特性。目前很多文献报道了光子晶体光纤非线性光学特性的实验结果,但对其产生机理及光谱的变化规律缺乏详细的理论分析。为此对光纤中四波混频原理进行了分析,给出了高增益的相位匹配条件。利用多极法计算了光子晶体光纤的非线性系数及色散特性。对具有多个零色散波长光子晶体光纤的相位失配特性进行了分析,得到了相位匹配波长随泵浦波长及泵浦功率的变化规律。给出了相位匹配曲线,分析了不同色散曲线的相位匹配波长特点,两个零色散波长光子晶体光纤,在四波混频光谱中将激发出四个新的波长。实验得到了两个零色散波长光子晶体光纤的四波混频光谱,与理论分析一致,验证了相位匹配理论的可靠性。多个零色散波长光纤,能产生丰富的相位匹配曲线,会出现更多的四波混频波长,可以有效的控制光孤子及超短脉冲的四波混频及共振散射产生的光谱特性。为光子晶体光纤中基于四波混频的波长变换及超连续谱的研究提供了理论指导。     

具有三个及四个零色散波长光子晶体光纤的仿真研究

利用多极法对光子晶体光纤的色散特性进行了模拟, 通过设计合适的结构参数, 得到了具有3个零色散波长的单模光纤.对中心纤芯有1个微小空气孔光子晶体光纤的色散特性进行了分析, 设计出了具有4个零色散波长的色散曲线.分析了零色散波长随光纤结构的变化规律, 这些零色散波长的位置和间距可以在很大波长范围内灵活调节. 具有多个零色散波长的光纤可以得到色散值极低的超平坦色散曲线. 多个零色散波长光纤能产生丰富的相位匹配曲线, 可以有效地控制光孤子及超短脉冲的四波混频及共振散射产生的光谱特性.     

Highly birefringent octagonal photonic crystal fibers with two zero-dispersion wavelengths

A new highly birefringent octagonal photonic crystal fiber(Hi-Bi OPCF) with a rectangular array of four elliptical airholes in the fiber core region is proposed and analyzed using the full-vector finite element method with anisotropic perfect match layer absorbing boundaries.Numerical results show that the phase birefringence of the photonic crystal fiber(PCF) reaches 3.43×10-2 at the wavelength of 1 550 nm.Moreover,two zero-dispersion wavelengths are achieved in the visible and near infrared wavelength regions for one polarization state but not in the other.     

高非线性光子晶体光纤中飞秒脉冲的传输特性和超连续谱产生机制的实验研究及模拟分析

用实验和数值模拟两种方法研究了高非线性光子晶体光纤中飞秒激光脉冲的传输特性和超连续谱的产生机理，给出了抽运脉冲在三种不同中心波长情况下输出光谱展宽并形成超连续谱的实际测量及理论模拟结果.研究表明：在零色散波长抽运时，光谱展宽以自相位调制为主，同时三阶色散的影响明显，传输脉冲在时域内出现振荡次峰.而在反常色散区抽运时，光谱展宽的初期以自相位调制为主，随后根据抽运功率的不同孤子自频移、高阶光孤子的裂变和四波混频效应会逐渐增强，进而成为光谱展宽的主要原因.与此相应，在时域中能明显看到孤子的形成和红移，飞秒传输脉 关键词： 光子晶体光纤 高非线性光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 超连续谱     

Combined nonlinear effects for UV to visible wavelength generation in a photonic crystal fiber

We experimentally study the combined nonlinear effects,including four-wave mixing,stimulated Raman scattering,soliton dynamics,and cross-phase modulation by coupling femtosecond pulses around 850 nm into the normal dispersion region near the zero-dispersion wavelength in the fundamental mode of a homemade silica photonic crystal fiber. The nonlinear optical dynamics at different stages are demonstrated,and the discrete ultraviolet(UV) to visible wavelengths widely separated from the pump wave are generated by the interaction of several nonlinear effects involved. The UV to visible wavelengths can be used as short pulse sources for multiphoton ionization,fluorescence spectroscopy,and biochemical imaging.     

光子晶体光纤非线性光谱特性的理论与实验研究

光子晶体光纤具有特殊的导光机制和结构可调性,可以产生奇异的色散特性及高非线性,为非线性光纤光学领域的研究提供了新的条件。受多种非线性光学效应的共同作用,在不同泵浦光脉冲参数条件下,不同结构参数及传输特性的光子晶体光纤能产生丰富的非线性光谱。利用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,模拟飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输过程,获得输出光谱与入射光脉冲参数(泵浦光峰值功率P、泵浦光波长λ、光脉冲形状、光脉冲宽度T_FWHM)、光纤结构参数(孔间距Λ、空气填充比d/Λ、光纤长度z)、传输特性(色散、非线性系数)的关系,分析拉曼孤子、色散波、自相位调制等非线性效应产生的光谱特性。利用光子晶体光纤包层节区进行非线性光学实验研究,获得了孤子波和色散波的宽带光谱输出。理论分析与实验测量的光谱中都包括了波长0.5 μm附近可见光波段的蓝移色散波、0.82 μm波段的剩余泵浦光、1.1 μm波段的孤子波、2 μm附近的红移宽带色散波。理论分析与实验测量结果一致,阐明光子晶体光纤中非线性光谱产生的物理原理,实现了对宽带光谱的可控输出,为高非线性光子晶体光纤的结构设计、制备及非线性光谱的应用研究奠定基础。     

Visible cw-pumped supercontinuum

We report the experimental demonstration of a visible supercontinuum in the cw pumping regime. A 20 W ytterbium fiber laser at 1.06 microm is used to pump a photonic crystal fiber whose zero-dispersion wavelength decreases along the fiber length. Visible wavelengths are generated in the fundamental mode via trapping of dispersive waves by redshifted solitons.     

Anti-Stokes Frequency Shift and Evolution in Polarization-Maintaining Photonic Crystal Fiber with Two-Zero Dispersion Wavelengths

Using the tunable pump pulses with about lOO fs pulse duration and 1064 nm central wavelength; the polarization-, wavelength- and power-dependent anti-Stokes lines are generated and modulated simultaneously in a polarization-maintaining photonie crystal fiber （PM-PCF） with two zero-dispersion wavelengths. By accurately controlling the polarization directions, the wavelength and the power of the pump pulse in the fiber anomalous region close to the second zero-dispersion wavelength of the PM-PCF, the output anti-Stokes pulse spectra can be tuned between 563 nm and 603 nm, which is in good agreement with the theoretical simulation. The color conversion of the mode image from yellow to orange is also observed with the different polarization pump pulses. These results can be attributed to the combined interaction between the fiber birefringence （including linear- and nonlinear- birefringence） and dispersion, and are attributed to phase-matching parametric four-wave mixing.     

光子晶体光纤非线性系数的数值计算

针对全反射型光子晶体光纤在短波长处的横向电场分布特点,在忽略空气孔内极为微小的电场影响下,将光纤等效为阶跃型光纤,导出一种新的计算有效折射率的方法.结合Sellmeier公式推出光子晶体光纤的非线性系数与其两个几何结构参量和波长的简洁解析关系.对非线性系数随着这些参量的变化进行了数值计算与讨论,得出非线性随着空气孔直径或空气孔直径与孔间距比d/Λ值的增大成指数上升的规律.在波长为0.55 μm和0.85 μm时,非线性系数分别可高达3.5和2.54 m－1W－1.