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。     

一种新型混合双包层光子晶体光纤的色散特性研究

以多极法理论为基础,设计了一种混合双包层结构的光子晶体光纤.通过改变其五层空气孔的四个结构参数（内层空气孔直径、外层空气孔直径、六边形孔间距和八边形孔间距）,理论上实现了色散绝对值在144—20 μm的波段内变化仅为125 ps·km^-1·nm^-1的平坦色散特性.在此情况下对其损耗进行了数值模拟,使所设计的光纤在144—20 μm的宽波段范围内具有小于0005 dB/km的低限制损耗特性. 关键词： 光子晶体光纤 多极法 平坦色散 限制损耗     

八边形掺氟椭圆纤芯的光子晶体光纤设计研究

设计了一种新型的八边形纤芯为椭圆的空气孔掺氟的光子晶体光纤。通过全矢量有限元法(FVFEM)和各项异性完美匹配层法(APML)对所设计的光纤进行了仿真研究。数值结果表明所设计的光纤在1.34~1.72μm波段具有0±0.4ps/(nm·km)的超平坦色散,覆盖了S、C和L通信波段,且在同一波长范围处限制损耗低于10-7dB/m,在1.55μm波长处对应的双折射率和非线性系数分别为2.12×10~(-2)和50.67W~(-1)·km~(-1)。所设计的光纤在超连续谱产生、色散补偿、极化保偏等方面具有潜在的应用。     

超低损耗低非线性平坦色散光子晶体光纤优化设计

以二氧化硅为基材,优化设计了一种圆空气孔六角点阵光子晶体光纤,通过减小纤芯内层6个小空气孔以增加模场面积,降低非线性系数.采用时域有限差分法结合完美匹配层吸收边界条件,对该光纤色散、非线性、约束损耗和基模模场与光纤结构参数之间的关系进行了数值分析.结果表明,该光纤呈现一定的超低损耗低非线性色散平坦特性,其在最优结构参数下通信波长处的约束损耗小于10-7 dB·km~(-1),在波长1.55μm和1.31μm处约束损耗分别为2.93×10-8 dB·km~(-1)和7.33×10~(-1)0dB·km~(-1),且波长从1.05μm到1.65μm色散值大约为0±1.7ps·km~(-1)·nm~(-1),呈现双零色散点和较长波长范围的色散平坦特性.在低损耗通信波长1.55μm附近非线性系数约为4.88km~(-1) W~(-1).该光纤呈现的超低损耗低非线性平坦色散能力,可用于长距离大容量高速光通信系统.     

双包层太赫兹光子晶体光纤的传输特性

为了在太赫兹波段实现远距离宽频带传输,设计了一种具有低吸收损耗的环烯烃共聚物(COC)作为基底材料双包层太赫兹光子晶体光纤。利用全矢量有限元法及模式选择理论,数值模拟了该光纤的单模传输范围、限制损耗、色散以及有效模场面积等特性。结果表明:优化结构参数可使在1~10 THz范围内基模限制损耗小于0.1 dB/m,二阶模限制损耗大于1 dB/m。因此可以获得1~10 THz的宽频带单模传输并且在1.5~10 THz内群速度色散可以控制在±0.1 ps/(THz·cm)。     

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 .     

全固双层芯色散补偿光子晶体光纤的研究与设计

为了补偿光纤色散对高速信号传输的限制,提出一种全固双层芯色散补偿光子晶体光纤.首先对该光纤模式耦合特性进行理论分析,然后利用多极法进行模拟计算,得到该光纤包层结构参数与色散值以及相位匹配波长之间的关系,并对其规律进行研究.通过优化光纤结构参数,得到在1 550nm处,色散值达到-32 620ps/(nm·km)、损耗为0.29dB/km、与标准单模光纤的熔接损耗为4.77dB的色散补偿光纤.该光纤可补偿1 910多倍长度的SMF-28单模光纤的色散,补偿能力远大于常规色散补偿光纤.与空气孔-石英结构色散补偿光子晶体光纤相比,全固色散补偿光子晶体光纤具有易制备、易与传统通信光纤熔接等优点.     

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.     

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.     

高双折射光子晶体光纤偏振模色散测量

对一种高双折射光子晶体光纤的偏振模色散进行了测量.实验用26 m长光子晶体光纤使皮秒光脉冲的两个正交偏振模产生了108 ps时延.运用脉冲时延法和固定分析仪法对这种高双折射光子晶体光纤的偏振模色散进行了实验测量，测量得到其偏振模色散参量可达4154 ps/km，对应的模式双折射度为1.25×10－3.这种新型的高双折射光纤可用于补偿光纤通信系统中的偏振模色散.     

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     

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.     

混合纤芯光子晶体光纤超平坦色散的研究

利用平面波展开法，系统地研究了一种具有混合纤芯结构的光子晶体光纤的色散特性. 数值计算结果表明，通过优化结构参量，这种新型结构的光子晶体光纤在通信窗口1.55 μm 附近可以获得带宽超过800 nm的超平坦色散区域（色散曲线的变化范围不超过 ±0.6 ps·km－1·nm－1）.     

A new design of low-loss and ultra-flat zero dispersion photonic crystal fiber using hollow ring defect

New hollow ring defect structure is introduced in photonic crystal fiber design for ultra- flat zero dispersion with very low waveguide losses. The hollow ring defect consisted of a central hole surrounded by a doped silica ring provides highly flexible defect engineering capabilities in photonic crystal fibers to achieve precise control of dispersion value and dispersion slope while independently maintaining low waveguide losses, which was not attainable in previous designs. A nearly flat zero dispersion of D=0±0.51 ps/nm km was obtained in the wavelength range of 1.44–1.61 μm with the maximum slope of ?2.7×10^?2 ps/nm² km. The confinement loss was less than 5.75×10^?8 dB/m along with the bending loss of 2.8×10^?6 dB/m for the radius of 10 mm, and splice loss of less than 1.57 dB to conventional single mode fiber at 1.55 μm.     

Dispersion and Confinement Loss Control in Modified Hexagonal Photonic Crystal Fibers

This paper presents a novel technique for the control of chromatic dispersion and confinement loss in hexagonal photonic crystal fibers (H-PCFs). It is demonstrated that it is possible to obtain very low chromatic dispersion of 0 ± 0:38 ps/(nm·km) in the wavelength range of 1.41 to 1.66 μm and confinement loss of less than 0.0001 dB/km from a six ring modified H-PCF (MH-PCF). The higher order dispersion at 1.55 μm is about −0.001 ps/(nm²-km).     

Highly nonlinear dispersion-flattened square photonic crystal fibers with low confinement losses

A new simple structure of an index-guiding highly nonlinear dispersion-flattened square photonic crystal fiber (HNDFSPCF) with low confinement losses is proposed. The results reveal that it is possible to design five-rings HNDF-SPCFs with a flattened dispersion of 0.43 ps/(nm·km), low dispersion slope of -0:02 ps/(nm²·km), low confinement loss of approximately 10³ dB/m, and a large nonlinear coefficient of approximately 35W^-1 km^-1 at 1.55 μm. It is also observed that the confinement loss is less than 10^-1 dB/m in the wavelength range of 1.2 –1.7 μm.     

New nonlinear and dispersion flattened photonic crystal fiber with low confinement loss

A new nonlinear dispersion flattened photonic crystal fiber with low confinement loss is proposed. This fiber has threefold symmetry core. The doped region in the core and the big air-holes in the 1st ring can make high nonlinearity in the PCF. And the small air-holes in the 1st ring and the radial increasing diameters air-holes rings in cladding can be used to achieve the dispersion properties of the PCF. We can achieve the optimized optical properties by carefully selecting the PCFs structure parameters. A PCF with flattened dispersion is obtained. The dispersion is less than 0.8 ps/(nm km) and is larger than −0.7 ps/(nm km) from 1.515 μm to 1.622 μm. The nonlinear coefficient is about 12.6456 W⁻¹ km⁻¹, the fundamental mode area is about 10.2579 μm². The confinement loss is 0.30641 dB/km. This work may be useful for effective design and fabrication of dispersion flattened photonic crystal fibers with high nonlinearities.     

Supercontinuum generation at 1.55μm using highly nonlinear photonic crystal fiber for telecommunication and medical applications

In this paper, we present a theoretical calculation of a highly nonlinear germanium (Ge) doped photonic crystal fiber with all-normal group velocity dispersion to design a supercontinuum (SC) light source at 1.55 μm. By doping 3% higher refractive index Ge inside the host silica, the nonlinear coefficient is increased to a value as large as 60.5 W^?1 km^?1 at 1.55 μm. A 10 dB bandwidth of a 120 nm SC spectrum for a 2.5 ps input optical pulse and a 10 dB bandwidth of a 190 nm SC spectrum for a 1.0 ps input optical pulse have been found using the same fiber length of 200m and input optical power of 18 W. The coherent lengths of the generated SC light sources are found to be 8.8 μm for a 2.5 ps input optical pulse and 5.6 μm for a 1.0 ps input optical pulse. Therefore, the highest longitudinal resolution at 1.55 μm is found to be about 4.0 μm for biological tissues.