一种晶体光纤基模色散特性的矢量法分析

利用矢量有效折射率方法(矢量法)对光子晶体光纤基模的色散特性进行了数值模拟，并与双正交归一基矢量法以及标量有效折射率方法(标量法)的模拟结果进行了对比.发现所用矢量法的结果与双正交归一基矢量法的结果符合很好，而标量法在低空气填充率f或较高归一化波数A/λ时是一种较好的近似，在空气填充率f较高或归一化波数A/λ较低时，要得到精确的结果必须利用矢量法对光子晶体光纤的特性进行模拟.讨论了光子晶体光纤包层有效折射率与光纤结构的关系. 关键词： 光子晶体光纤 矢量法 有效折射率 色散     

温度对液晶填充光子晶体光纤传输特性的影响

利用液晶的折射率是温度和波长函数的特性,在光子晶体光纤(PCF)芯区的空气柱中填充向列相液晶,通过改变温度来改变液晶的折射率,构成了一种温度凋制光子晶体光纤.用阶跃有效折射率模型研究了温度对这种光子晶体光纤在不同光波长时传输特性的影响,并进行了数值计算.结果表明液晶填充使光子晶体光纤的色散减小,由于折射率对温度和波长变化敏感,改变温度可以使光纤在长波长区域出现单模传输,在短波长时不会出现单模传输,即使包层相对孔径很小也不会出现无截止单模传输.温度升高使光纤的色散值增大,零色散波长向短波长方向移动.这些特性对温度调制光子晶体光纤器件的设计和应用具有一定的参考意义.     

光子晶体光纤超平坦色散特性的研究

利用有效折射率方法的标量近似理论对三角排列的光子晶体光纤超平坦色散特性进行了理论分析和数值模拟,研究发现改变光子晶体光纤包层空气孔半径或空气孔间距可以改变波导色散的特性,从而可以设计在不同波段,不同大小值的超平坦色散。本文的计算和分析可以为设计不同色散特性的光子晶体光纤提供理论依据。     

光子晶体光纤的导波模式与色散特性

利用有效折射率方法基于标量近似理论对光子晶体光纤的传播模式和色散特性进行了数值模 拟，发现通过调节光纤包层的空气填充率或包层空气穴节距及其有效芯径可以在很宽的波长 范围实现单模传播，可以设计零色散波长小于1.27μm的光子晶体光纤和在较宽的波段接近 于零色散的色散平坦光纤，以及具有较大的正常色散值的色散补偿光纤. 关键词： 光子晶体光纤 有效折射率 标量近似 导波模式     

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     

中红外色散平坦渐减光纤设计

设计了一种以As2S3玻璃为纤芯、碲酸盐玻璃为微结构包层的锥形光子晶体光纤.该结构光纤兼具阶跃折射率光纤和光子晶体光纤双重特性,具有色散调制灵活性高且限制损耗低等优点.模拟结果表明:优化该光纤结构包层空气孔径、孔间距、纤芯直径等特征参量,使参量之间及参量与椎区长度之间满足特定线性关系时,该光纤在2~4.5μm中红外波段呈现色散平坦渐减特性;对该光纤微包层进行折射率~1.6的液体油填充处理,色散曲线对称性及平坦性得到进一步优化.该光纤在超短脉冲压缩与展宽、色散波、光孤子及中红外平坦超连续谱产生等领域应用潜力巨大.     

混合导引型光子晶体光纤中纤芯折射率相关的导光特性研究

利用全矢量有限元法研究了一种混合导引型光子晶体光纤在纤芯折射率改变时,光纤导光机理和模式的演变特性.当纤芯折射率小于混合包层中空气孔包层的有效折射率时,芯模的导光机理为"双带隙导引型";当纤芯折射率位于空气孔和高折射率两套包层的有效折射率之间时,芯模的导光机理为"单带隙+全内反射导引型";当纤芯折射率大于高折射率棒包层的有效折射率时,芯模的导光机理为"全内反射导引型".并对该光纤在上述三种条件下的导光特性进行了比较和讨论.这些结果对设计特殊用途的光子晶体光纤具有指导意义. 关键词： 混合导引型光子晶体光纤 带隙 模式     

空气孔正方形排列的低损耗高双折射光子晶体光纤的数值模拟

提出了一种正方形排列渐增空气孔高双折射光子晶体光纤，并利用多极方法对光纤基模的模场分布、色散、双折射以及损耗特性进行了数值模拟.模拟结果表明利用这种结构可以在包层空气孔层数较少的情况下实现极低的限制损耗，通过调节内层空气孔的分布可以有效地控制光纤的双折射和色散特性.本结果对高双折射光子晶体光纤的制备具有一定的指导意义. 关键词： 光子晶体光纤 双折射 限制损耗 多极方法     

光子晶体光纤的弯曲损耗振荡特性分析

综合运用弯曲光纤的等效直光纤模型、全矢量频域有限差分法及各向异性完全匹配层吸收边界,计算了两种类型(折射率引导型和带隙型)光子晶体光纤(PCF)的弯曲损耗.通过数值模拟弯曲损耗随弯曲半径的变化关系,证实了两种光子晶体光纤均具有弯曲损耗振荡特性.进而分析了两种光子晶体光纤弯曲损耗振荡的产生机理并给出了与损耗峰对应的包层模式.结果表明,振荡的产生源于基模与包层模式的耦合,其中,折射率引导型光子晶体光纤的弯曲损耗振荡机理类似于传统双包层光纤,带隙型光子晶体光纤弯曲损耗振荡的产生则是两种不同类型的包层模式共同作用的结果.     

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 .     

Cladding-ring-equivalent effective index method for analyzing the propagation characteristics of multi-cladding photonic crystal fibers

Cladding-ring-equivalent effective index method (CREEIM) is proposed to analyze the propagation characteristics in the multi-cladding photonic crystal fibers (MCPCFs). The effective indices and dispersions of the step index two and three-cladding structures are calculated with the Sellmeier formula. The accuracy of CREEIM is competitive to the results calculated by the multipole method (MPM). With different structure parameters, the differences between two methods are evaluated with the relative error R_E of effective index and relative difference R_D of dispersion. This method is also used to analyze the mode cut-off and nonlinear characteristics in the three-cladding structure PCFs by calculating the mode effective index n_eff instead of complex mode field distribution.     

光子晶体光纤的纤芯等效半径分析

应用有限差分光束传播法和平面波展开法分别计算得到光子晶体光纤的基模有效折射率和包层有效折射率，结合阶跃折射率光纤的模色散方程解出该结构的等效芯半径. 通过对不同结构下光子晶体光纤的研究，找到其等效芯半径随结构参数的变化规律，并根据计算结果将此规律以近似公式的形式给出. 该分析和结果可为利用有效折射率法分析光子晶体光纤时等效芯半径的选取提供一定的理论依据.     

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。     

Tunable properties of light propagation in photonic liquid crystal fibers

Tunable properties of light propagation in photonic crystal fibers filled with liquid crystals, called photonic liquid crystal fibers (PLCFs) are presented. The propagation properties of PLCFs strongly depend on contrast between refractive indices of the solid core (pure silica glass) and liquid crystals (LCs) filing the holes of the fiber. Due to relatively strong thermo-optical effect, we can change the refractive index of the LC by changing its temperature. Numerical analysis of light propagation in PLCF, based on two simulation methods, such as finite difference (FD) and multipole method (MM) is presented. The numerical results obtained are in good agreement with our earlier experimental results presented elsewhere [1].     

To optimize splice joint between different PCF-based devices and SMF transmission medium

An analysis of splice loss between photonic crystal fibers （PCFs） and conventional single-mode fibers （SMFs） is presented at bending and straight conditions, by using scalar effective index method （SEIM）, vectorial effective index method （VEIM）, and finite-difference frequency domain （FDFD） methods. It is shown that when there is a slight bending at the vicinity of splice joint, the spot size increases sharply at higher frequencies. On the basis of the obtained results, a mechanism to optimize the splice loss between PCFs and conventional SMFs, both with any geometry, is suggested. The results can be utilized for PCF- based devices to be jointed to SMF as a transmission medium.     

一维光子晶体材料中的光学传输特性

研究了光在一维周期性介电材料中的传播特性,指出传统的高反膜只是光子晶体的一个特例,从而从光子晶体的角度对多层膜系的设计提出了一条新的思路,同时研究了材料的介电常数以及结构与高反带带宽之间的关系。最后通过在多层膜中引入掺杂（中间一层被另一种介质所代替）,得到第一能隙中掺杂模式的频率与掺杂材料的介电常数之间的对应关系,由此提出一种精确测量介质介电常数的方法。     

Lateral stress-induced propagation characteristics in photonic crystal fibres

Using the finite element method, this paper investigates lateral stress-induced propagation characteristics in a photonic crystal fibre of hexagonal symmetry. The results of simulation show the strong stress dependence of effective index of the fundamental guided mode, phase modal birefringence and confinement loss. It also finds that the contribution of the geometrical effect that is related only to deformation of the photonic crystal fibre and the stress-related contribution to phase modal birefringence and confinement loss are entirely different. Furthermore, polarization-dependent stress sensitivity of confinement loss is proposed in this paper.     

Bending loss analyses of photonic crystal fibers based on the finite-difference time-domain method

This is a report on an effective simulation method for the bending loss analyses of photonic crystal fibers. This method is based on the two-dimensional finite-difference time-domain algorithm and a conformal transformation of the refractive index profile. We observed the temporal dynamics of light waves in a bent fiber in a simulation and obtained the bending loss as a function of bend radius and optical wavelength for the commercial photonic crystal fibers. The accuracy of this method was verified by good agreement between the simulation and experimental data.     

PCFDT: An accurate and friendly photonic crystal fiber design tool

This paper presents PCFDT, which is an accurate and friendly photonic crystal fiber design tool based on full-vectorial finite element method. Photonic crystal fibers based on circular and non-circular microstructured holes, and on different propagation mechanisms have been analyzed. Comparisons with other numerical methods and experimental results have shown excellent agreement. The design tool validation includes experimental results of hybrid photonic crystal fibers, proposed by us, which made possible for the first time light be simultaneously confined and manipulated by two propagation mechanism, total internal reflection and photonic bandgap effect.