高折射率椭圆芯布拉格光纤的偏振特性

应用带完全匹配层边界条件的全矢量有限元方法,分析了高折射率椭圆芯布拉格光纤的偏振特性,详细讨论了光纤结构参量对模式双折射度以及群速度走离的影响,结果发现:高折射率椭圆芯布拉格光纤的模式双折射度可达10-2量级,比传统保偏光纤至少高出一个量级,并且表现出不同于传统保偏光纤的群速度走离特性;在保持较高双折射度的同时,通过合理的结构设计,可在一定的波长处灵活地获得较大的群速度走离或零走离特性,具有重要的潜在应用价值;最后,简要分析了低折射率区域的折射率变化对偏振特性的影响;研究结果有助于设计高性能的微结构保偏光纤。     

椭圆形高折射率芯Bragg光纤的偏振和色散特性

应用全矢量有限元方法，分析了椭圆形高折射率芯Bragg光纤的偏振和色散特性，详细讨论了光纤结构参量对模式双折射的影响，结果发现：椭圆形高折射率芯Bragg光纤的模式双折射在10－3量级，比传统保偏光纤高出一个量级，且随波长的增加而单调递增；模式双折射随包层低折射率材料填充比的增加而减小，但与包层周期的变化几乎无关.此外，提高椭圆率或材料间的折射率比可显著增强模式双折射.研究结果有助于设计高性能的一维微结构保偏光纤.     

高双折射80PbO·20Ga_2O_3中心填充光子晶体光纤特性（英文）

提出一种高折射率材料80PbO·20Ga2O3(PG玻璃)中心填充椭圆芯光子晶体光纤.基于有限元法对光子晶体光纤的双折射特性和模场面积进行数值模拟,并研究了椭圆芯尺寸、椭圆率和孔间距等光纤几何参量对双折射特性的影响.数值研究表明:在1 550nm波长处,双折射高达1.256×10-1,x偏振和y偏振模场面积分别为0.43μm2和0.68μm2;在910nm~1931nm的宽波段范围内,双折射始终保持10-1量级.该光纤可以作为保偏光纤应用于偏振控制、相干通信和光纤传感系统.     

熊猫型保偏光纤中应力区失配对光纤性能影响的研究

采用弹性力学理论和复变函数法导出了熊猫型保偏光纤应力双折射的近似解析表达式.利用有限元法数值分析了熊猫型保偏光纤的双折射特性,结果表明,与采用纤芯中心应力相比,采用芯区平均应力表示光纤的双折射较为精确,且结果与解析法导出的芯区中心应力双折射计算结果相比误差小于0.18%.在此基础上进一步分析了应力区失配对熊猫型保偏光纤的双折射所产生的影响,并通过实验测试证明了分析结果的正确性. 关键词： 偏振保持光纤 应力区失配 双折射 拍长     

圆芯边孔光纤的应力区和双折射

报道了圆芯边孔光纤(CSF)中应力分布和双折射的研究结果。用有限元法建立了求解圆芯边孔光纤横截面应力和双折射的计算模型,分析了圆芯边孔光纤横截面应力和应力双折射的分布形态,给出了详尽的物理解释。计算结果表明圆芯边孔光纤的横截面上出现应力分量的拉应力区和压应力区,应力区在纤芯附近对称分布,且不同应力区中应力双折射取向不同。应力分量和应力双折射在圆芯边孔光纤横截面上积分为零。圆芯边孔光纤的几何双折射随波长增加而增大,短波长处几何双折射为零,模式双折射等于应力双折射,随着波长增加,模式双折射逐渐偏离纤芯中心处应力双折射而靠近几何双折射,到长波长处模式双折射主要是几何双折射。对于不同材料组成和结构尺寸的圆芯边孔光纤,模式双折射的数值在10-5量级,随波长增加模式双折射先减小后增加。     

高精度干涉式光纤陀螺热漂移分析

为了改进干涉式光纤陀螺的测量精度和温度性能,建立了该仪器输出偏置的解析模型。通过把光纤双折射这一从未被考察过的相位微扰与其它已知误差源进行线性叠加,该模型首次显式地把陀螺性能直接与光纤的力学、光学、热学和几何参数联系起来。利用该模型对常用于10-3 deg/h精度量级光纤陀螺的64层四极对称环圈进行计算,结果表明,保偏光纤所固有的高双折射及其温度涨落对陀螺输出偏置及其热漂移的影响分别在10-3 deg/h和10-2 deg/h量级,而过去研究较多的单模光纤中的舒普效应和热致光弹效应的影响分别在10-4 deg/h和10-3 deg/h量级。该模型表明保偏光纤所固有的高应力双折射是干涉式光纤陀螺的主要误差源,同时较为完备地描述了光纤陀螺中源于光纤性能的误差,也解释了该误差对光纤双折射的非线性依赖。     

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     

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。     

一种高双折射光子晶体光纤的模式特性分析

应用全矢量频域有限差分法,分析了所提出的一种高双折射光子晶体光纤的模式截止、损耗、模场半径及数值孔径等特性.数值模拟结果表明,通过设置合适的结构参量,可使这种高双折射光子晶体光纤在保持模式双折射为10-3量级的前提下,能够在600～1800 nm波长范围内保持单模传输,并且限制损耗可低于10-4dB/m量级,同时还可以获得较大的数值孔径,因而聚光能力增强,此外,通过采用高斯曲线拟合基模的模场分布,得到的模场半径与实际模场半径吻合得很好.     

折射率导模高双折射光子晶体光纤

与传统光纤相比,光子晶体光纤芯区与包层之间具有更高的折射率差,并且制作过程中可以灵活地制造各种对称与非对称结构,这为在光子晶体光纤中实现高双折射提供了可能。应用全矢量模型分析一种折射率导模高双折射光子晶体光纤,其包层采用两种尺寸的空气孔,使该光纤具有二重旋转对称性,原来简并的两个正交偏振模不再简并,呈现出较高的双折射,模式双折射比普通的保偏光纤高至少一个量级。分析结果表明,在波长1540nm,其拍长可达0．4067mm。理论分析结果与实验测量结果相吻合。     

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.     

Characterization of specially designed polarization maintaining photonic crystal fiber from far field radiation patterns

We report the development of theory and experiment for the characterization of polarization maintaining photonic crystal fiber (PM PCF) from far field intensity measurements. In this specially designed photonic crystal fiber, the air hole diameters along orthogonal axes adjacent to the core region are different, and hence create an effective index difference between the two orthogonal polarization modes. From the experimental measurements of the far field radiation pattern, we obtain transmission characteristics of PM PCF in terms of mode field diameters (MFD), V-values along major and minor axes, mode field area, birefringence, core radius, effective refractive index of cladding and numerical apertures along major and minor axes of PM PCFs. It is shown that the experimentally obtained geometrical and wave guiding parameters of the PM PCF match with the manufacturer/simulation/scanning electron microscope (SEM) data within the experimental limits.     

新型矩形点阵光子晶体光纤的高双折射负色散效应

设计了一种新型矩形点阵光子晶体光纤,该光纤纤芯缺失一根空气柱,包层沿光纤长度方向在普通矩形点阵光子晶体光纤中每两列之间隔一行插入一列空气孔而形成正方形网孔结构.采用全矢量有限元法并结合各向异性完美匹配边界条件,对该光纤的色散、双折射和约束损耗进行了数值模拟.结果发现,该光纤具有高双折射负色散效应和较强的模约束能力,约束损耗小于10-2dB·m-1,通过改变光纤结构参数(即空气孔间隔Λ和相对孔间隔d/Λ),可以调节该光纤高双折射负色散工作波长.若调整光纤结构参数Λ=2.0μm,d/Λ=0.4,该光纤在C波段(1.53—1.565μm)呈现负色散并具有负色散斜率,双折射高达10-2,非线性系数接近55km-1W-1.该光纤将在保偏光通信、色散补偿以及基于四波混频的波长转换器设计等方面具有重要的应用.     

矩形点阵微结构聚合物光纤偏振特性研究

采用全矢量平面波方法,以聚合物为基材,研究了矩形点阵微结构聚合物光纤的传输模场和偏振性质.结果发现,矩形点阵微结构聚合物光纤基模两个正交偏振态不再简并,模场呈现类矩形且具有较强的线偏振特性;该光纤模式双折射产生于包层孔结构分布的不对称性,减小包层纵向孔间隔和横向孔间隔之比η值,双折射明显增强,适当调节η,可在更宽频带范围内实现高双折射单模运行.     

一种新型的基于四孔单元光子晶体光纤的设计与分析

设计了一种基于四孔单元的光子晶体光纤,它可以满足光通信系统中高双折射率、负色散和低限制损耗的要求,比起通常的三角结构光纤有着更高的双折射率,并且结构制作也较简单。采用全矢量有限元法和各项异性完美匹配层法对所设计的光纤进行了仿真研究。仿真结果表明:该光纤在1.55μm波长处可获得10~(-2)数量级的双折射率,在较宽广的波段范围具有大的负色散,限制损耗低于10~(-9)dB/m;该光纤在保偏光纤、单极化单模光纤、色散补偿光纤等方面具有重要的应用。     

Equilateral pentagon polarization maintaining photonic crystal fibre with low nonlinearity

A new pentagon polarization maintaining photonic crystal fibre with low nonlinearity is introduced. The full vector finite element method was used to investigate the distribution and the effective area of modal field, the nonlinear properties, the effective indices of two orthogonal polarization modes and the birefringence of the new PM-PCF effectively. It is found that the birefringence of the new polarization maintaining photonic crystal fibre can easily achieve the order of 10^-4, and it can obtain higher birefringence, larger effectively mode-field area and lower nonlinearity than traditional hexagonal polarization maintaining photonic crystal fibre with the same hole pitch, same hole diameter, and same ring number. It is important for sensing and communication applications, especially has potential application for fibre optical gyroscope.     

低损宽频高双折射太赫兹光子带隙光纤

设计了一种低损耗、宽频段、高双折射太赫兹光子带隙光纤,呈三角晶格排列的亚波长空气孔包层实现了带隙的局域作用.利用全矢量有限元法对光纤的双折射及损耗特性进行了理论分析.结果表明,在大约0.3 THz的宽频范围内,类矩形纤芯太赫兹光子带隙光纤的损耗小于0.009 cm^-1,相双折射在10^-3数量级,群双折射可达10^-2数量级. 关键词： 太赫兹 太赫兹波导 光子晶体光纤 双折射