单模低损耗光子晶体光纤的设计及特性分析

设计了几种特殊结构的带隙光子晶体光纤，采用平面波展开法和频域有限差分方法研究了基于不同结构光子晶体光纤的带、模式、色散和色散斜率。由平面波展开法和频域有限差分方法求解麦克斯韦方程组导出本征值方程，可以得到带隙光子晶体光纤中可能存在的不同模式的传播常数、电场分布、本征频率和磁场分布。分别给出了第二圈填充率取三种不同值时带、模式、色散和色散斜率的变化。结果表明，当第二圈填充率改变时其特性有明显的变化。随着填充率从0．75减小到0．45，其二阶模分裂成两个类LP01模，可降低损耗。计算结果对单模和低损耗的光子晶体光纤的设计有参考价值。     

三角晶格有耗色散光子晶体的能带结构分析

为探讨有耗色散媒质光子晶体的特性,引入一种计算有耗色散光子晶体能带结构的方法,基于有限元法将能带结构的计算简化为求解关于Block波矢的二次特征值问题,可以有效地得到色散材料光子晶体的能带结构和特征模.分析了三角晶格介质光子晶体能带结构并与现有方法对比,结果表明两种方法在TM模和TE模下得到的能带结构完全相同,验证了该方法的有效性.分析了无耗及有耗色散光子晶体的能带结构,发现无耗光子晶体场强集中于色散媒质与空气的接触面,并呈现出明显的表面等离激元特性,具有对称性,而有耗光子晶体场强减小,表面等离激元变弱,对称性被破坏.相关结果可为有耗色散光子晶体以及表面等离激元的研究提供参考.     

光子晶体光纤的基模分析

简化了光子晶体光纤的模式计算公式，计算了六角晶格光子晶体光纤的色散关系，对不同空气柱半径的色散作了比较，发现随着空气柱半径的增加，模式折射率变小，波导模式色散的零色散点向长波方向移动。     

基于石英柱模型的光子晶体光纤异常布里渊散射特性的理论研究

通过石英圆柱模型，理论研究了小芯径光子晶体光纤中混合声波模式的色散、模式耦合以及声光相互作用，理论计算出了布里渊散射增益系数谱的双峰结构及其随抽运光波长和温度的演化规律. 理论分析表明光子晶体光纤中布里渊散射增益系数谱的双峰结构源于小芯径光子晶体光纤中混合声波模式之间的模式耦合. 通过温度改变导致的材料参数变化对声波模式色散特性的影响，特别是声波模式耦合点的移动，解释了双峰结构随外界温度的变化规律. 并且，通过理论计算与实验结果的对比讨论了石英圆柱模型的局限性和适用范围. 关键词： 布里渊散射 声光相互作用 模式耦合 光子晶体光纤     

光子晶体光纤色散补偿特性的数值研究

利用矢量有效折射率方法对光子晶体光纤（PCF）的色散补偿特性进行了数值模拟，研究发现通过调节光子晶体光纤包层的空气穴节距或空气穴大小可以灵活地设计光子晶体光纤的色散系数D、色散斜率Dslope以及κ值，可以设计在波长1.55μm附近具有较大绝对值的正常色散和负色散斜率的色散补偿光子晶体光纤，使光通信中的普通单模光纤（G.652）或非零色散位移光纤(G.655)在1.55μm低损耗窗口得到较好的色散补偿.数值模拟和分析表明色散补偿光子晶体光纤的研制具有很大的发展潜力. 关键词： 光子晶体光纤 色散 色散斜率 色散补偿     

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.     

双零色散光子晶体光纤结构参数的变化对其性能的影响

应用多极法,研究了正六边形结构光子晶体光纤的结构参数改变时,波长范围在0.8—1.8μm之间的双零色散光子晶体光纤的色散特性和非线系数随波长的变化规律.对具有相同结构参数的正六边形结构和正八边形结构进行比较,得到正六边形结构的双零色散光子晶体光纤的色散更加平坦,非线性系数有明显增大的结果.因此,正六边形结构更容易获得色散平坦的高非线性双零色散光子晶体光纤.最终设计了在800nm附近具有平坦色散和高非线性的正六边形双零色散光子晶体光纤.     

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。     

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     

光子晶体光纤的原理、结构、制作及潜在应用

传统光纤中的光能损耗和色散是阻碍其进一步向大容量和远距离通信方向发展的主要原因，因此制造具有低色散和低损耗的光子晶体光纤成为光纤技术努力的方向。在介绍光子晶体光纤的制作、导光原理和特点的基础上，研究了普通光纤不具备，而光子晶体光纤所具有的无休止的单模特性、奇异的色散特性、可控的非线性和易于实现的多芯传输等特点。研究结果表明，光子晶体光纤在光纤传感器、光子晶体天线、超宽色散补偿、光学集成电路等多方面具有广泛的应用前景。     

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。     

激光泵浦碲化物产生中红外超连续谱数值模拟

对2 m波段脉冲激光泵浦碲化物光子晶体光纤产生中红外超连续谱进行了数值研究。通过材料的拉曼增益谱间接求得了对应的拉曼响应函数;由光子晶体光纤的材料折射率和波导结构,通过COMSOL软件获得了碲化物光子晶体光纤中基模等效折射率,计算了相应的色散曲线和限制损耗 ;利用自适应的分步傅里叶算法,模拟了中心波长为1.96m、峰值功率为20 kW的50 fs脉冲光泵浦碲化物光子晶体光纤时超连续谱的产生,当光纤长度为6 cm时,产生的中红外超连续谱波长范围为1.0~4.5 m。     

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     

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。     

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.     

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