光子晶体光纤非线性系数与其结构参量及光波长的关系

推导计算了全内反射型光子晶体光纤的非线性系数与其两个几何结构参量:包层空气孔半径和空气孔间距之间的关系,给出了输入光波长为1550 nm处,非线性系数与这两个结构参量之间的关系曲线并对其进行了分析.给出了全内反射型光子晶体光纤的非线性系数随输入光波长变化的曲线,分析了短波处高非线性系数产生的原因并指出这一特性的应用潜力.     

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。     

改进型蜂巢晶格结构光子晶体光纤的色散与非线性特性

结合蜂巢晶格与不同空气孔直径晶格二者的优势,提出一种改进犁蜂巢晶格结构光子晶体光纤,采用矢量光束传输法对该光纤的色散与非线性特性进行了数值模拟,分析了色散、非线性系数与其晶格参量之间的关系.数值结果表明,该光纤在1.2～1.6 μm波段内可以实现大负色散、色散平坦、正色散等多种色散特性;此外,晶格结构中空气孔直径的减小...     

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     

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.     

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.     

光子晶体光纤包层可见光及红外宽带色散波产生

对光子晶体光纤包层3个空气孔之间节区的传光特性进行了分析, 对比了纤芯与包层节区传光的模场面积、非线性系数及色散特性, 得到光子晶体光纤包层节区具有小芯、高非线性的特点.在包层空气孔较大的情况下, 得到了双零色散曲线.根据色散曲线, 分析了色散波产生的相位匹配特性, 得到了色散波中心波长随抽运波长及功率的变化规律.制备出了所设计的光子晶体光纤, 实验得到了在可见光及红外大于300 nm的宽带色散波, 并给出了色散波随抽运波长及功率的变化规律.实验和理论分析结果一致, 为波长变换及超连续宽带光源的研究奠定了基础. 关键词： 光子晶体光纤 色散波 相位匹配 非线性     

六角点阵蜂窝状包层光子晶体光纤中的高双折射负色散效应

设计了一种六角点阵蜂窝状包层光子晶体光纤,该光纤中心缺失一根空气柱形成纤芯,包层由椭圆空气孔和小圆空气孔组成.基于全矢量有限元法并结合各向异性完美匹配层边界条件,对其双折射、色散、非线性系数、约束损耗和模场等特性进行了数值模拟;计算了具有相同参数的椭圆状包层光子晶体光纤的双折射、色散及非线性系数.结果发现,若调整光纤结构参数为孔间隔Λ=1.15μm,空气孔椭圆率η=0.5,相对孔间隔比f=0.48,小圆孔直径d₁=0.4μm时,在波长1.55μm处,该光纤的双折射B高达1.02×10^-2,比传统光纤高约两个数量级,同时,该光纤在低损耗通信窗口C波段呈现负色散和负色散斜率,其色散斜率在整个C波段附近在-0.132—-0.121ps·km^-1·nm^-2范围内波动,非线性系数为45.7 km^-1·W^-1,约束损耗接近10² dB·km^-1.蜂窝状包层比椭圆状包层光子晶体光纤的双折射及大负色散特性明显提高,非线性系数低,更有利于进行色散补偿.     

色散补偿光子晶体光纤结构参数对其色散的影响

光子晶体光纤由于其灵活可调的色散特性用作色散补偿具有极大的应用潜力. 设计了一种色散补偿光子晶体光纤, 并运用频域有限差分法模拟了其色散特性,从理论上分析了其结构参数孔间距Λ和空气占空比d/Λ对该光子晶体光纤的色散系数的影响, 并且实际制备出了3种不同结构参数的光子晶体光纤. 通过对其色散曲线对比分析表明: 当光子晶体光纤孔间距在1 μm附近时, 其色散系数随着孔间距Λ和占空比d/Λ的增大而增加, 但对于孔间距Λ的变化比占空比d/Λ更为敏感, 并且随着孔间距Λ的增加,其对色散系数的影响能力逐渐减小. 设计并制备的光子晶体光纤在1550 nm处的色散系数为-241.5 ps·nm^-1·km^-1, 相对色散斜率为0.0018, 具有较好的色散补偿能力. 关键词： 色散 色散补偿 光子晶体光纤 结构参数     

低损耗宽带近零色散高非线性光子晶体光纤设计

提出了一种兼具低损耗、宽带近零色散和高非线性的光子晶体光纤结构,该结构光纤包层空气孔直径从纤芯向外层方向渐进增加;应用多极法,通过改变包层空气孔间距Λ、各层空气孔直径和空气孔层数N_r,对光子晶体光纤色散、损耗和非线性特性进行分析,获得了各特性随包层结构参数变化的规律,并最终设计出最佳结构参数。计算结果表明,该结构光纤存在3个零色散点,在1.25～1.55 μm较宽的波长范围内,色散值波动小于0.27 ps·nm?1·km?1,色散斜率小于0.008 ps·km?1·nm?2,1.55 μm波长处损耗为0.021 dB/km,在常用的飞秒激光泵浦波长0.8,1.06,1.55 μm处非线性系数分别达到78.6,60.4,38.2 W?1·km?1。     

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。     

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     

光子晶体光纤色散极值特性的研究

采用全矢量有效折射率法计算光子晶体光纤的色散系数,深入分析了光子晶体光纤色散系数与结构参数之间的关系,发现色散系数随着结构参数的变化具有双极值特性:1)当Λ值保持不变时,随着d/Λ值的减小,零色散波长向长波方向移动,在达到极大值后,则转向短波方向移动,例如当Λ=2.3μm时,极大零色散波长出现在约d/Λ=0.24处,约为1728.9nm,当Λ取不同值时,较小的Λ值,会对应有较大的极大零色散波长;2)当d/Λ值保持不变时,随着Λ值的减小,零色散波长向短波方向移动,在达到极小值后,则转向长波方向移动,例如当d/Λ=0.9时,极小零色散波长出现在约Λ=0.6μm处,约为564.29nm,当d/Λ取不同值时,该比值越大,则会对应着越小的极小零色散波长。这一发现对于优化设计特种光子晶体光纤具有一定的价值。     

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     

Ge20Sb15Se65硫系玻璃光子晶体光纤的中红外色散特性

硫系玻璃与石英玻璃相比具有高折射率(2.0～3.5)、低声子能量(<350cm-1)、优良的中远红外透过性能(可至25μm)等特性.本文制备了一种在中红外具有优良透过特性的无As环保型Ge20Sb15Se65硫系玻璃材料,以此为基质材料设计了一种三层空气孔结构光子晶体光纤,利用多极法对光纤的中红外色散特性进行了数值模拟,系统研究了结构参量孔径d、孔间距Λ以及d/Λ对其色散特性的影响.分析表明:通过改变包层空气孔直径d或空气孔间距Λ,可灵活的调节光子晶体光纤的零色散波长向短波或长波方向移动.通过优化结构参量发现,当Λ=3μm,d/Λ=0.35附近变化时,可获得3～5μm色散平坦,且色散值小于5ps.nm-1.km-1的光子晶体光纤.     

Ge20Sb15Se65硫系玻璃光子晶体光纤的中红外色散特性

硫系玻璃与石英玻璃相比具有高折射率(2.0~3.5)、低声子能量 (<350 cm^-1)、优良的中远红外透过性能(可至25 μm)等特性.本文制备了一种在中红外具有优良透过特性的无As环保型Ge₂₀Sb₁₅Se₆₅硫系玻璃材料,以此为基质材料设计了一种三层空气孔结构光子晶体光纤,利用多极法对光纤的中红外色散特性进行了数值模拟,系统研究了结构参量孔径d、孔间距Λ 以及d/Λ 对其色散特性的影响.分析表明:通过改变包层空气孔直径d或空气孔间距Λ,可灵活的调节光子晶体光纤的零色散波长向短波或长波方向移动.通过优化结构参量发现,当Λ=3 μm,d/Λ=0.35 附近变化时,可获得3~5 μm色散平坦,且色散值小于5 ps·nm^-1·km^-1的光子晶体光纤.     

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。     

High-energy (nanojoule) femtosecond pulse delivery with record dispersion higher-order mode fiber

Delivery of high peak-power femtosecond pulses with fibers is constrained by nonlinear distortions accumulated during pulse propagation. We address this problem with a novel, to our knowledge, fiber schematic, where the pulse propagates in a small Aeff (18 microm2) but highly dispersive (record value of approximately -900 ps/nm km) medium, enabled by transmission in the LP02 mode of a few-mode fiber. The novel fiber yields a low dispersion-to-nonlinear-length ratio (due to its large dispersion) despite its small Aeff, hence enabling mitigation of nonlinearities. This enables fiber delivery of distortion-free <150 fs, approximately 1 nJ, and 840 nm pulses--an order-of-magnitude improvement over single-mode fibers of similar Aeff.