光纤的弯曲及浸没溶液折射率对光纤输出功率的影响

光纤传输在通讯领域的运用很大程度地节约了成本,但受到弯曲部分的影响,每经过一个弯曲处光信号就会损耗一部分,因而信号传输距离及弯曲程度决定了光信号的接收灵敏度。在光纤弯曲中,弯曲半径越大损耗就越小,波长不同受到的损耗也不相同,探究影响光纤弯曲损耗的因素也就具有很重要的现实意义。同时光纤包覆层的折射率对光纤传输也会产生影响,为了简化我们将光纤浸没在不同溶液中,以溶液等效包覆层,研究浸没溶液对光纤折射率的影响。本文通过实验探究,验证了光纤曲率半径及弯曲传输距离影响弯曲损耗,光纤输出功率与浸没溶液折射率成正比。可以提供一种很好的测量液体折射率的方法。     

掺钕光纤放大器的弯曲损耗对增益的影响

利用掺钕光纤放大器的粒子数速率方程、功率传输方程和光纤弯曲损耗公式,对光纤弯曲损耗所引起的增益变化进行了数值模拟,分析了对于不同半径和波长下光纤弯曲损耗对光纤增益的影响,结果表明,对于一定长度的光纤,其增益随弯曲半径的减小而减小,当弯曲达到一定值时,增益发生急剧的降低;随弯曲半径的减小,其增益谱线发生下移,这对实验研究有着重要的指导意义。     

纯石英光纤的高功率紫外激光传输特性

报道了几种国产阶跃型纯石英光在传输ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）准分子激光时的损耗特性及其破坏阈值的实验研究结果，同时也报道了这些光纤的弯曲损耗和弯曲断裂特性，结果表明，这些紫外级石英光纤，最小的透过损耗约为０．３３ｄＢ／ｍ，表面破坏阈值约为１０Ｊ／ｃｍ＾２。     

带隙型光子晶体光纤微观弯曲传输损耗特性分析

空芯光子晶体光纤由于独特的结构,具有不同于传统光纤在弯曲状态下的光传输特性。对空芯带隙型光子晶体光纤的微观弯曲损耗特性进行研究,利用改进型微弯器使光纤获得不同外力和弯曲条件下的响应,测量其传输谱。实验上分析了波长、压力、微弯振幅和微弯周期等因素对于光纤传输损耗的影响,利用模式理论分析给出了微弯损耗产生的原因。结果表明,带隙型光子晶体光纤的抗微弯能力强,由于表面模式的存在,在1520～1620nm波段内光纤微弯损耗随波长的增加而增大。带隙型光子晶体光纤的弯曲损耗随微弯振幅增大而增大,并且在一定范围内损耗随微弯空间周期的增加而增大,但当微弯周期超过一定的临界值时其损耗随之减小;微弯状态下光纤的表面模式、包层模式与损耗密切相关。     

新型抗弯曲大模场面积光子晶体光纤

研制出一种新型抗弯曲大模场面积石英光子晶体光纤. 利用光子晶体光纤结构设计的灵活性, 通过规划缺陷的位置及空气孔的尺寸, 实现了大模场面积单模及低弯曲损耗特性.应用建立的实际光子晶体光纤特性分析模型, 研究了研制光纤的模式特性和弯曲特性, 在波长1064 nm处, 平直状态下光纤的模场面积可以达到2812 μm², 基模限制损耗为0.00024 dB/m, 高阶模限制损耗高于1.248 dB/m. 基模和高阶模之间的高传输损耗差, 保证了在获得大模场面积的同时实现单模传输. 弯曲半径和弯曲方向角所带来弯曲损耗变化的研究结果显示, 即使在弯曲半径小到5 cm时, 弯曲损耗也在10^-3 dB/m量级以下, 而且在弯曲半径为30 cm时光纤可承受的弯曲方向角范围扩展至-60°–60°. 研制的光纤具有良好的低弯曲损耗特性, 可有效解决非对称结构所带来的光纤弯曲特性对弯曲方向角敏感的问题. 该光纤在高功率光纤激光器、放大器及高功率传输等技术领域具有重要的应用价值. 关键词： 光子晶体光纤 大模场面积 低弯曲损耗 弯曲方向角     

光子晶体光纤弯曲损耗特性研究

对光子晶体光纤的损耗特性进行了分析，并在实验上对两种典型的光子带隙型和全内反射型光子晶体光纤进行了研究.分别对两种不同结构的光子晶体光纤在弯曲半径2~15 mm范围内的损耗进行了测量.与传统光纤损耗实验结果的对比表明，两种光子晶体光纤的弯曲损耗均不明显，具有很强的抗弯曲损耗能力.实验也证实了光子晶体光纤弯曲损耗存在临界弯曲半径，在大于临界半径的情况下，几乎没有弯曲损耗.从结构上分析并证明光子晶体光纤弯曲损耗随填充比(d/Λ)的增加而减小，填充比越高弯曲损耗越小.     

偏芯光纤弯曲特性分析

根据光纤传输理论建立了偏芯光纤理论计算模型.采用保角变换方法将偏芯光纤不对称的三层结构转换成同轴对称的三层结构,得到关于传播常量的特征方程,给出了偏芯光纤弯曲损耗公式.仿真分析了偏芯光纤弯曲损耗和弯曲半径之间的关系,结果表明当弯曲半径达到3mm时,弯曲损耗几乎为零,同时得到弯曲损耗随偏芯距离的变化关系.运用Rsoft软件中的BeamPROP模块建立偏芯光纤弯曲的光学模型,模拟仿真了弯曲的偏芯光纤中模场分布情况.仿真结果表明,偏芯光纤的弯曲方向与纤芯偏移中心轴线方向相同的弯曲损耗小于反方向的弯曲损耗.     

采用光纤光栅级联结构实现光纤延迟线

在使用光纤光栅实现皮秒级别时延的基础上,提出一种光纤光栅与单模光纤相结合的微秒级别级联结构,该结构可以实现中心波长1 550~1 553 nm范围内,间距为1 nm的窄波长反射型时延线,共1,1.5,2和2.5 μs四种不同的时延。将单波长反射的啁啾布拉格光纤光栅与103 m单模光纤连接构成延迟单元,再利用光环形器将4个延迟单元级联并使用内半径为3 cm的光纤绕线盘,将四种延时单元的传输光纤进行整合。借助光纤光栅的反射镜作用,控制不同波长光信号通过不同的传输距离,从而达到时延目的。本文通过对啁啾布拉格光纤光栅的反射谱进行仿真分析,发现相邻反射谱的旁瓣会出现交叠现象,因此使用六个切趾函数对旁瓣滤除。结果显示：不同切趾函数的滤除效果也不同,能够完全滤除旁瓣并且对反射谱包络影响最小的是柯西切趾函数,经柯西切趾后能使不同波长光信号在对应中心波长1 nm范围内反射率达到1,而其他位置均为0。由于使用光纤绕线盘整合延迟单元传输光纤会产生一定损耗,因此对弯曲损耗进行仿真分析,结果表明：弯曲半径相同时,损耗与工作波长成正比;工作波长相同时,弯曲损耗与弯曲半径成反比。当弯曲半径大于2.9 cm时,弯曲损耗曲线变化平缓并趋于0,因此当光纤绕线盘内半径为3 cm时保证了在减小延迟模块体积的同时又不会有过大的损耗。通过TDS784D型示波器对频率为2 000 Hz的信号经不同传输距离后的波形进行测试,结果显示经3 m和5 km传输线后信号的各项参数基本保持不变,经过长距离传输后,依然能保持原信号特性,因此使用103 m传输线可达到延迟目的。使用W-GGL型光功率计对不同频率下的输出功率进行测量,与直光纤的输出功率相比,当弯曲半径为2~3 cm时偏差较大,等于3 cm时偏差为0.18 dBm,大于3 cm时则无限趋近,因此设置绕线盘内半径为3 cm符合光纤延迟线的损耗范围。     

集成光学 集成光学、波导理论

TN252 2005053598 两种不同Y分支光波导的弯曲损耗研究=Bending loss of two kinds of Y-branch optical waveguides[刊,中]／郑宏林 (电子科技大学宽带光纤传输与通信网技术教育部重点实 验室.四川,成都(610054)),陈福深∥半导体光电．- 2005,26(1)．-30-33 针对低损耗S型弯曲Y分支的分析与设计,分别用弯 曲损耗理论和有限差分光束传输法分析了两种不同的S 型弯曲Y分支的损耗特性,比较了不同的波导宽度、分支 间距和分支张角对波导输出损耗特性的影响,得出了一组 最优化的Y分支波导设计参数。图5参5(严寒)     

2.5THz环烯烃聚合物中空芯光子晶体光纤设计与实验

采用全矢量有限元法,仿真设计了一种工作在2.5THz频段的中空芯太赫兹光子晶体光纤,用环烯烃聚合物材料(COC)制备了光纤样品,利用CO2激光泵浦气体太赫兹源搭建了测试平台并对光纤的太赫兹波传输性能进行了测试。实测光纤最低损耗0.17dB/cm、平均损耗约0.5dB/cm,在弯曲90°情况下光纤传输损耗波动小于5%,具有良好的可弯曲性;光纤输出端口的模场分布测试结果表明,光纤是以主模进行传输,太赫兹能量很好地被束缚在光纤芯中。     

少模光纤的弯曲损耗研究

随着光纤通信容量的不断增加, 基于少模光纤的模分复用技术由于其多信道复用、 高频谱效率及低非线性效应成为目前提高光纤通信容量的研究热点. 本文推导得到了适用于少模光纤中高阶模式弯曲损耗的计算公式, 系统研究了下陷层辅助弯曲不敏感抛物线型少模光纤的主要参数(包括芯层半径、芯层到下陷层距离、下陷层宽度及下陷层折射率差)对其弯曲损耗特性的影响. 研究表明: 对于少模光纤, 模式阶数越高, 光纤的弯曲敏感性越高; 随纤芯与下陷层间距离的变化, 光纤各阶模式的弯曲损耗均存在一个最小值. 本文结论对弯曲不敏感少模光纤的设计、制造及少模光纤弯曲性能优化具有指导意义.     

单端面长周期光栅透射模式测量技术

为了实现长周期光栅透射谱测量模式的远距离监测,设计了单端面镀反射膜的测量装置系统,对单端面镀银膜长周期光栅的传感原理做了分析,并从实验的角度分别对单端面镀银膜模式系统和直接透射模式系统的长周期光栅在不同折射率的环境介质中的响应进行了研究,比较了它们的异同。首先,采用2×2单模光纤耦合器分别连接光谱分析仪、光源、长周期光栅。然后,在包含长周期光栅的光纤的另一个端面制备反射银膜。最后,通过测量一系列不同折射率的环境介质,比较了直接透射模式与单端面镀银膜模式下的长周期光栅的响应光谱。实验结果表明:采用波长解调表达时,对于同一种环境介质,两种模式下长周期光栅的响应光谱的谐振波长基本相同;采用功率/峰值解调表达时,随着甘油浓度从水变为80%的甘油溶液,直接透射模式下的光损耗从-6.05 d B变为-9.22 d B,单端面镀银膜模式下的光损耗从-8.03 d B变为-11.33d B。与直接透射模式相比,单端面镀银膜的长周期光栅光谱中的相对光损耗明显增加,谐振峰更尖锐,更有利于谐振波长和谐振峰光损耗值的识别。本研究设计的单端面镀银膜的长周期光栅测量系统不仅保留了长周期光栅透射谱的感应模式,而且使长周期光栅在对环境介质的测量中操作更加灵活方便,尤其是在远距离、恶劣环境或深层液体的折射率测量中具有独特的优势。     

光器件用选择截止特种单模光纤的开发

对器件用特种单模光纤的弯曲损耗进行了理论分析,并采用Matlab对弯曲损耗进行了仿真数值分析,研究了单模光纤宏弯损耗和微弯损耗随光纤波导结构及波长的变化规律,并优化了光纤波导结构,开发出抗弯性能优良的单模光纤,同时具有较低的熔接损耗。     

单偏振单模聚合物光子晶体光纤设计

 设计了一种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基的单偏振单模(SPSM)微结构聚合物光纤(MPOF)。利用全矢量有限元法和光束传播法相结合分析了这种光纤的偏振特性和约束损耗。通过优化光纤结构参数,发现在0.51 μm～0.62 μm的可见光波长范围,由于基模两个正交偏振模的截止波长不同,这种微结构聚合物光纤只能传输基模中的一个偏振模,从而实现单偏振单模运转。该11圈圆空气孔六角排列光纤结构的传导偏振模在0.57 μm波长处约束损耗仅为1.13 dB/m,这种低损耗的单偏振单模微结构聚合物光纤可有效消除传统保偏光纤固有的偏振串扰和偏振模色散。     

小芯径掺铒光纤与单模光纤低损耗接续的研究

报道了掺铒光纤放大器中降低掺铒光纤与单模光纤接续损耗的一种新方法，采用在芯区直径较小的掺铒光纤端部拉锥的方法，使得掺铒光纤中的传输模场在锥形区域内扩散，从而与单模光纤中直径较大的本征模场良好匹配，实现低损耗接续，初步实验结果表明，该方法可获得小于１ｄＢ的接续损耗。     

长周期多芯手征光纤轨道角动量的调制

基于矢量模式耦合理论,在多模光纤中引入手性耦合纤芯结构,设计了一种光纤型光轨道角动量调制器.使用单根光纤,无需施加扭转或应力,可以实现任意光轨道角动量的调制.通过理论分析与数值仿真,研究了不同结构参数对轨道角动量模式纯度、传输损耗和有效折射率的影响.在中心纤芯和旁纤芯传播常数不变的前提下,旁纤芯数量对损耗影响较大,通过相位匹配条件计算得到的螺距可以在一定数值范围内浮动变化,两种纤芯的间距受限于模式损耗和光纤集成度.     

基于少模光纤的全光纤熔融模式选择耦合器的设计及实验研究

提出了三种基于少模光纤的全光纤熔融模式选择耦合器. 根据模式匹配原理采用单模光纤与少模光纤熔融连接方式, 运用耦合模理论及光束传播法模拟分析了模式选择耦合器的结构参数对模式选择及耦合特性的影响, 实现了单模光纤中基模到少模光纤中不同阶模式的转换, 以满足不同的应用需求. 实验上以2× 2熔融光纤耦合器为例, 采用对称和非对称熔融拉锥方式, 分别实现了从基模到LP₁₁, LP₂₁模式的转换. 实验结果表明所得到的LP₁₁, LP₂₁模式在1530–1560 nm的波长带宽范围内均有较高的模式纯净度, 且模式耦合效率高于80%, 与理论模拟结果基本一致.     

单端面透射模式长周期光栅的设计和测试

本文设计了一种单端面长周期光栅透射模式折射率传感器。首先,将2×2单模光纤耦合器输入端的一个光纤接头与光源相连接、输出端的两个光纤接头分别与光谱分析仪和长周期光栅的一个光纤接头相连接。然后,在包含长周期光栅的光纤另一个端面溅射反射银膜。最后,以一系列不同折射率的甘油水溶液为待测液体介质研究了直接透射模式与单端面镀银膜模式下长周期光栅的响应光谱的异同。实验结果表明:单端面镀银膜的长周期光栅的响应光谱仍然以透射谱的形式出现。对于同一种液体,单端面镀银膜的长周期光栅与直接透射模式的长周期光栅的响应光谱有着近乎相同的谐振波长值,但它们的光损耗存在一定的差异。在0~80%的甘油溶液中,直接透射模式下的光损耗从-12.92 dB变为-16.28 dB,再逐渐变到-13.22 dB;单端面镀银膜模式下的光损耗从-13.13 dB变为-13.74 dB,再逐渐变到-11.45dB。与直接透射模式相比,单端面镀银膜的长周期光栅的相对光损耗与甘油浓度的线性关系更加良好。本研究设计的长周期光栅测量系统采用单端面探头的方式检测环境介质,因而在测量中操作更加灵活方便,非常适合于远距离、恶劣环境或深层液体环境中的折射率测量。     

双层孔大模场微结构光纤的模式特性分析

本文分析一种由两层低折射率孔组成的大模场光纤的模式特性.采用多极法和有限元方法数值计算并分析了内层孔与外层孔尺寸变化对光纤基模与高阶模的束缚损耗与弯曲损耗的影响,设计获得了一种具有较高的高阶模和基模损耗比同时允许一定程度弯曲的大模场光纤.结果表明:当内层孔直径为34 μm,外层孔直径为24 μm时,其基模束缚损耗为0.000 17 dB/m,而高阶模束缚损耗为1.39 dB/m;光纤的基模模场面积为2 150.9 μm²,当弯曲半径为1.2 m时,弯曲损耗为0.106 dB/m.     

Single-mode antiresonant terahertz fiber based on mode coupling between core and cladding

Based on the index-induced mode coupling between the higher-order mode in core and the fundamental mode in cladding tubes, the single-mode operation can be realized in any antiresonant fibers (ARFs) when satisfying that the area ratio of cladding tube and core is about 0.46:1, and this area ratio also should be modified according to the shape and the number of cladding tubes. In the ARF with nodal core boundary, the mode in core also can couple with the mode in the wall of core boundary, which can further enhance the suppression of high-order mode. Accordingly, an ARF with conjoint semi-elliptical cladding tubes realizes a loss of higher-order mode larger than 30 dB/m; simultaneously, a loss of fundamental mode loss less than 0.4 dB/m.