C6v对称TIR-PCF结构参量对基模非线性系数的影响数值研究

用多极方法数值研究构成六重对称(C6v)全内反射型光子晶体光纤(TIR-PCF)各种结构参量对波长在1.55 μm基模非线性系数的影响.数值结果表明包层空气孔层数、空气孔直径、间距、相对孔径对基模非线性系数都有不同程度的影响,其中空气孔层数的影响较小,在其它参量不变时波长越大基模非线性系数越小.层数与间距一定在波长1.55 μm时包层空气孔直径越大基模非线性系数越大,层数与包层空气孔直径一定时间距越大（相对孔径越小）基模非线性系数越大,在层数与相对孔径一定时基模有效面积随空气孔半径与间距的同比增大而减小.     

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。     

改进的八重准光子晶体光纤的色散特性研究

设计了一种改进的准光子晶体光纤,其包层由呈准八重周期分布的空气孔构成,其中靠近芯区的两层小宅气孔的直径一致,第三层以外的大空气孔直径一致.采用带有良匹配层(APML)吸收边界的全矢量频域有限差分(FDFD)方法法其色散特性进行了数值分析,计算了孔间距取1.40～2.50 μm,小空气孔直径取0.10～0.50μm,大卒气孔直径取0.20～1.00μm的条件下这种光纤基模的色散曲线.结果表明,通过调节包层中两种不同尺寸的空气孑L的大小以及孔间距这三个参数,可以得到不同水平的平坦色散曲线.     

复合六边形空气孔格点光子晶体光纤的色散特性分析

提出了一种复合六边形空气孔格点光子晶体光纤,其包层是由两种不同大小的空气孔组合而构成的。利用带有良匹配层(APML)吸收边界的全矢量频域有限差分法(FDFD)对其色散特性进行了数值分析。结果表明,通过调节包层中两种不同尺寸的空气孔的大小以及孔间距这三个参量,可以得到不同水平的平坦色散曲线,甚至超低超平坦的色散曲线。在孔间距Λ取2.1μm,小尺寸空气孔直径取0.5μm,大尺寸空气孔直径取0.8μm的条件下,在1.48~1.78μm的波长范围内得到了0±0.545 ps/(km.nm)的色散。     

孔助光纤(Hole-assisted lightguide fiber)色散和双折射特性的研究

通过改变包层中空气孔的参数,孔助光纤（hole-assisted lightguide fiber）具有比传统光纤更容易调节的色散和双折射特性.采用有限差分法研究了包层空气孔数目、大小和位置等参数对孔助光纤色散和双折射特性的影响.数值计算结果表明：增加空气孔的数目和尺寸以及减小空气孔到纤芯的距离都能够使得零色散向短波长方向移动,减小空气孔与纤芯的距离有助于获得更大的双折射.     

一种新的低非线性宽带色散补偿微结构光纤的设计

采用矢量光束传输法对空气孔包层呈正六边形分布的微结构光纤的色散和非线性特性进行了数值模拟。通过分别调节内三层空气孔的直径和包层空气孔节距,设计了一种低非线性宽带色散补偿微结构光纤。该光纤在波长1.55 μm处具有－3 235.8 ps/nm/km的大负色散,可在以1.55 μm为中心的100 nm宽带波长范围对相当于自身长度190倍的普通单模传输光纤进行宽带色散补偿(色散补偿率偏移在0.5%以内),同时该光纤可在此宽带波长范围内保持非线性系数低于5 W^-1·km^-1。     

渐变空气孔双芯光子晶体光纤特性研究

为进一步开发新型光耦合器件,利用全矢量有限元法和平面波展开法分析了一种包层空气孔直径渐变的双芯光子晶体光纤,得到了其耦合长度、耦合系数以及色散系数随波长和结构参数的变化曲线。数值分析结果表明,与普通包层等空气孔结构光纤不同,此种结构的光子晶体光纤在一个极宽的波长范围内(0.4μm~2.4μm)耦合长度极短,耦合特性极强。当波长位于0.9μm~2.0μm之间时,具有近零超平坦色散特性。这种新型结构的双芯光子晶体光纤在光通信系统和光耦合器件的设计方面具有重要的应用价值。     

热激法光子晶体光纤光栅制备工艺中热传导特性研究

研究了基于结构性改变的光子晶体光纤光栅的热激法制备工艺,理论分析了此种工艺的成栅原理,采用热传导理论和有限元法研究了制备过程中光子晶体光纤中的温度场分布,以及包层空气孔结构和激光参数对成栅效果的影响.研究结果表明,利用光子晶体光纤包层空气孔周期性塌缩可以形成光栅;采用两点热激法时,能够实现能量在光纤径向均匀分布,轴向近似于高斯分布;包层气孔结构加速了成栅过程,相同光斑尺寸下,光纤塌缩所需激光功率随气孔层数和气孔半径的增大而减小;最后,对包层空气孔结构为1层到7层的光子晶体光纤热激过程进行仿真,得到了空气填 关键词： 光纤光栅 光子晶体光纤 热激法 有限元法     

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     

3～5μm宽带超低色散平坦硫系光子晶体光纤

利用硫系光子晶体光纤色散可控特性,设计了一种宽带超低色散平坦硫系光子晶体光纤,采用多极法研究了孔间距和占空比等参量对色散曲线的影响.通过优化包层中不同层数空气孔的直径,获得内两层气孔半径为0.7μm,外两层气孔半径为0.8μm和孔间距为5μm的光子晶体光纤结构.模拟结果显示,该光纤在3~5μm波段可实现宽带色散平坦,且色散绝对值低于3.8ps·nm-1·km-1.     

雪花形晶芯光子晶体光纤

设计一种新型光子晶体光纤，可在300 nm带宽范围内实现近零超平坦色散特性.光纤端面上所有空气孔按照通常的三角形规则均匀排列，中央位置十三个排列成雪花形的空气孔小于其它空气孔，这些孔共同构成光纤的纤芯.这类晶芯型光子晶体光纤与传统光子晶体光纤相比具有较大的模场面积，尤其是，通过最佳化匹配晶芯和包层中的空气孔大小可以在300 nm带宽范围内实现超平坦化色散特性，甚至可得到近零色散的平坦化色散曲线。尽管光纤的晶芯为雪花状，但近场很快会演化为类高斯型场分布.     

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     

八边形高双折射双零色散点光子晶体光纤特性分析

针对光纤通信和传感系统中高双折射、多零色散点的应用需求, 设计了一种新型结构的光子晶体光纤.该结构包层为圆形空气孔按照八边形形状排列而成, 并在内包层对称位置中加入两个椭圆空气孔以获得高双折射特性. 通过有限元数值分析方法对光纤特性进行分析,仿真结果表明,该结构光子晶体光纤在波长0.8—2 μm 范围内双折射可达10^-3量级,满足高双折射的应用需求,并且满足两个零色散点的应用需求. 同时光纤的非线性系数达10^-2·m^-1·W^-1量级,可应用于对非线性要求较高的场合.     

包层空气孔渐变的准光子晶体光纤的色散特性研究

设计了一种准光子晶体光纤,其包层由呈准周期分布的空气孔构成,其中靠近芯区的空气孔的直径是渐变的.采用带有良匹配层(APML)吸收边界的全矢量频域有限差分(FDFD)方法对其色散特性进行了数值分析,计算了孔间距取1.5μm～2.2μm,最小空气孔直径分别取0.4μm～0.6μm,从第一层到第三层直径线性递增量分别为0.1μm和0.2μm的条件下,这种光纤基模的色散曲线.结果表明:通过调节包层中三种不同尺寸的空气孔的大小以及孔间距这四个参数,可以得到不同平坦水平的色散曲线,甚至于超低超平坦的色散曲线.例如,当孔间距取1.7μm,空气孔直径分别取0.5μm、0.7μm、0.9μm,在1.4μm～1.7～m波段内,这种光纤的色散值可以控制在6.0±3.0 ps/km.nm范围内.     

空气孔辅助光纤的模式截止

光纤的截止波长是光纤设计的重要参量之一。利用全矢量正交函数模型对空气孔辅助光纤的模式截止特性进行了讨论。分析表明：由于光纤包层中存在空气孔,即使不考虑材料色散,包层的有效折射率也与波长有关;包层有效折射率由包层中空气孔的大小和波长决定,与芯子的掺杂浓度无关。在所研究的波长范围之内,与传统的w型光纤类似,在包层中空气孔的相对尺寸d／Λ较大时出现了基模截止现象。d／Λ从0．2到0．9变化时,光纤的各阶模式的截止波长都随之减小;各阶模式的截止波长随d／Λ变化曲线的斜率随模式阶次的升高而降低。     

Broadband dispersion-compensating photonic crystal fiber

We present a modified dual-core photonic crystal fiber, based on pure silica, with special grapefruit holes in the inner cladding. The fiber has large, broadband negative dispersion, and the dispersion value varies linearly from -380 t o-420 ps/(nm km) in the C band. To decrease the fabrication difficulty, large air holes are adopted. Furthermore, the chromatic dispersion of the fiber is not sensitive to the structure parameters. So the proposed fiber structure can greatly facilitate fiber drawing and can be used for broadband dispersion compensation.     

双芯复合格点光子晶体光纤的负色散特性

介绍了一种双芯复合格点负色散光子晶体光纤,其包层是由连续电介质纯硅背景上挖出的两种大小不同的空气孔构成,芯区是由掺锗的高折射率的材料构成。为了实现负色散,还移去了包层中的一圈空气孔。采用频域有限差分法对其负色散特性进行分析表明,通过调整空气孔间距和两种空气孔的尺寸,可以得到不同程度的宽带负色散。当内芯半径取0.95μm,孔间距取2.15μm,大空气孔直径取1.9μm,小空气孔直径取1.1μm时,可在1.55μm处实现宽带负色散,其半峰全宽超过了200 nm。这种光纤的包层中空气孔呈六边形分布,空气孔的尺寸均大于1μm,降低了制作的难度。这种光纤可以用于波分复用光纤通信系统中的宽带色散补偿。     

Ultra-wideband single-polarization single-mode, high nonlinearity photonic crystal fiber

We report a novel design of photonic crystal fiber (PCF) with a rectangular array of four closely-spaced, highly elliptical air holes in the core region and a circular-air-hole cladding. The proposed PCF is able to support ultra-wideband single-polarization single-mode (SPSM) transmission from the visible band to the near infrared band. With the aid of the inner cladding formed by the central air holes, one polarization of the fundamental mode can be cut off at very short wavelengths and ultra-wideband SPSM propagation can be achieved. The inner cladding also suppresses the higher order modes and allows large air filling fraction in the outer cladding while the proposed fiber remains SPSM, which significantly reduces the mode effective area and the confinement loss. Our simulation results indicate that the proposed PCF has a 1540 nm SMSP range with <0.25 dB/km confinement loss and an effective area of 2.2 μm². Moreover, the group velocity dispersion (GVD) of the proposed PCF can also be tuned to be flat and near zero at the near infrared band (∼800 nm) by optimizing the outer cladding structure, potentially enabling many nonlinear applications.