Mid-infrared supercontinuum and optical frequency comb generations in a multimode tellurite photonic crystal fiber

We numerically investigate the mid-infrared(MIR) supercontinuum(SC) and SC-based optical frequency comb(OFC) generations when the three optical modes(LP01, LP02, and LP12) are considered in a multimode tellurite photonic crystal fiber(MM-TPCF). The geometrical parameters of the MM-TPCF are optimized to support the multimode propagation and obtain the desired dispersion characteristics of the considered three optical modes. When the pump pulse with center wavelength λ = 2.5 μm, width T = 80 fs, and peak power P = 18 k W is coupled into the anomalous dispersion region of the LP01, LP02, and LP12 modes of the MM-TPCF, the-40-d B bandwidth of the generated MIR SCs can be up to2.56, 1.39, and 1.12 octaves, respectively, along with good coherence. Moreover, the nonlinear dynamics of the generated SCs are analyzed. Finally, the MIR SCs-based OFCs are demonstrated when a train of 50 pulses at 1-GHz repetition rate is used as the pump source and launched into the MM-TPCF.     

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.     

低差分模式时延少模光纤的有限元分析及设计

针对少模光纤展开研究, 利用Comsol软件计算其模场分布、有效折射率, 进而分析光纤的差分模式时延. 通过分析不同结构参量对模式数量和差分模式时延的影响, 设计出了两种低差分模式时延的少模光纤, 即带有外下陷的渐变式光纤和多阶少模光纤. 波长在1530–1570 nm 范围内, 带有外下陷的渐变式光纤支持四模传输, LP₁₁, LP₂₁, LP₀₂模式的差分模式时延的绝对值小于0.015 ps·m^-1; 多阶少模光纤支持两模传输, LP₁₁的差分模式时延低于0.185 ps·m^-1. 两种少模光纤均具有良好的差分模式时延特性, 适于在模分复用技术中应用.     

一种基于三芯光子晶体光纤的宽带模分复用器的设计与研究

本文提出了一种基于非对称三芯光子晶体光纤的宽带模分复用器.该器件主要是由位于光纤中心的可提供基模和高阶模传输的中心纤芯和分别位于中心纤芯两侧的可提供基模传输的2个旁芯构成.根据光耦合理论,在输入端对3个纤芯分别输入LP₀₁模式的光,在传输过程中左旁芯的LP₀₁模式的光将逐步向中心纤芯耦合并转换为LP₂₁模式传输,而右旁芯中的LP₀₁模式的光则逐步耦合并转换为中心纤芯中的LP₃₁模式来传输.通过对光纤结构的优化设计和光纤长度的选择,使得在输出端同时完成旁芯LP₀₁模向中心纤芯LP₂₁和LP₃₁模的最佳转换,从而实现LP₀₁、LP₂₁和LP₃₁ 3种模式的光在中心纤芯中的复用.反之,若将该器件的输出端用作输入端则可以实现中心纤芯中3种模式的光向3个纤芯的解复用.本文利用有限元法和光束传播法进行了优化设计和仿真,并将光耦合理论与超模理论相结合进行了分析计...     

Cutoff wavelength of single-mode fibers: Definition, measurement, and length and curvature dependence

The cutoff wavelength λ_c as defined by the CCITT can be defined equivalently as that wavelength for which the attenuation of the second-order LP₁₁ mode is 19.34 dB higher than the attenuation of the fundamental mode. This equivalent definition of λ_c does not depend on the length and curvature of the fiber. Both measuring methods for λ_c, the bending method and the multimode reference method, are analyzed and the measurement conditions that lead to the CCITT cutoff wavelength are indicated. The bend attenuation of the second-order mode of a typical matched-cladding, step-index fiber is calculated numerically, and methods are described to determine the length and curvature dependence of the cutoff wavelength from the bend loss data.     

具有四模式的低串扰及大群时延多芯微结构光纤的设计

针对光纤空分复用及模分复用传输系统中大容量和耦合串扰问题, 本文提出了一种具有四模式特性低串扰及大群时延的大容量多芯微结构光纤, 通过有限元法计算该光纤电磁场分布进而对其他参数进行分析. 结果表明: 合理的选定光纤结构参数, 可使得该光纤在C+L波段内同时实现19芯的LP₀₁, LP₁₁, LP₂₁, LP₀₂四个偏振模式的传输. 同时, 利用空气孔对电磁场较好的隔离作用来优化芯间串扰并得到较大的模式差分群时延及较为平坦的色散. 此外, 这种结构的光纤制作简单, 在短距离大容量的信息传递系统中具有重要应用.     

基于包层模谐振的三包层石英特种光纤温度传感特性研究

提出了一种基于包层模谐振的光纤温度传感器. 它是通过将三包层石英特种光纤(TCQSF)两端分别与普通单模光纤(SMF)电弧熔接构成的SMF-TCQSF-SMF结构. 根据耦合模理论, 首先将TCQSF等效为三个同轴波导, 按各波导模场的分布特点标量计算其传输模式的色散曲线, 并深入研究其耦合长度与传输谱线之间的关系; 其次根据光纤的热光效应及热膨胀效应, 分析计算该传感器的温度灵敏度; 最后选取耦合长度为一个拍长时的传感器进行温度传感实验. 实验结果表明, 在35-95 ℃的温度变化范围内, 其温度灵敏度为73.74 pm/℃, 与理论计算结果一致. 因此, 该传感器具有结构简单、制备容易、灵敏度高、包层模激发可控等优点, 可用于工业生产、生物医学等温度传感领域.     

Circularly symmetric modal interferometers: Equalization wavelength and equivalent step determination for matched-cladding fibers

An LP₀₁-LP₀₂ modal interferometer fabricated from a standard matched-cladding telecommunication fiber is studied in the visible wavelength range. Its spectral response in the vicinity of the LP₀₁/LP₀₂ equalization wavelength is used to characterize the fiber by the determination of an equivalent step index profile.     

Simulation of transient behavior in a pulse-line-driven gyrotronoscillator

Results are reported for a set of slow-time-scale single-moded and fast-time-scale single-mode and multimode simulations of the transient-mode excitation phenomena in a short-pulse high-peak-power Ka-band gyrotron oscillator experiment. Both the slow- and fast-time-scale single-mode simulations are generally in good agreement with each other, and, within experimental uncertainties, with the experimental observations of the time dependence and magnetic-field dependence of 35-GHz emission in the TE₆₂ mode. However, the multimode simulations suggest the presence of mode suppression, mode beating, and other nonlinear multimode phenomena that could not easily by observed in the experiment, and generally agree less well with the experimental measurements than the single-mode simulations. The multimode simulations also suggest that steady-state behavior may not be obtainable with the highly time-dependent voltage waveform employed in the experiment, and indicate the importance of carrying out future high-voltage gyrotron experiments with less highly transient voltage waveforms     

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.     

基于频散补偿和分数阶微分的多模式兰姆波分离

由于兰姆波的多模和频散特性,实际检测时在同一激发频率下存在多种模式的混合信号,而各模式信号有不同的频散特性,使得在时频混叠的情况下兰姆波的检测变得十分复杂.本文在频散补偿的基础上,通过时延函数建模,依靠不同模式频散趋势的差异性,将时频混叠信号的分离问题转化为部分模式混叠信号的分离问题.基于分数阶微分的理论,用信号幅值谱分数阶微分极大值和对应频率分别与微分阶次拟合多项式实现特征参数的提取并依靠特征参数重建幅值谱.结合相位谱重构时域信号以实现部分混叠信号中频散补偿后的模式的分离.最后恢复频散获得分离后的兰姆波信号.仿真和实验结果表明,本文方法不仅可以实现时频混叠多模式兰姆波信号的分离,更能保证分离精度,有助于复杂多模式频散信号的分离与处理的进一步研究.     

回旋行波管多模稳态理论及初步应用

建立了一种回旋行波管的多模稳态理论.利用该理论研究了输入功率和引导中心半径变化对回旋返波振荡的抑制作用,发现两者单独作用都在一定程度上可以减弱返波振荡,但两者的共同作用对改善工作模式输出性能和稳定性更有效.     

用分数阶微分实现时频重叠多模式兰姆波的模式分离

为了分离时频重叠多模式超声兰姆波,提出了一种用分数阶微分理论实现多模式兰姆波模式分离的方法。以时频重叠的S1和A1模式混合信号为例,用赛利斯分布作为幅值谱的模型,首先对信号做频散补偿,由补偿后信号幅值谱分数阶微分推导了幅值谱特征参数的计算式并根据信号模型重建幅值谱,然后结合兰姆波的频散特性推导出对应的相位谱,并通过幅值谱和相位谱重构各模式的信号,实现模式分离。对1 mm钢板中仿真时频重叠的S₁和A₁模式信号分离结果显示分离出信号的幅值和带宽相对误差小于6%,中心频率相对误差小于0.25%。实验结果也证实了方法的可行性。因此当混合信号幅值谱不完全交叠时,本方法可以实现多模式兰姆波信号的分离,有助于多模式兰姆波频散信号的分析和识别。      

氨分子在000和201带的选择光离解

本文利用脉冲紫外激光(UV)选择激发氨分子到?¹A″₂电子激发态的两个最低振动能级ν′₂=0和ν′₂=1(ν₂振动),然后检测新生态H原子的飞行谱(TOF),研究了氨分子的光碎片动力学。光谱证实了最近所测的离解能D₀⁰(H-NH₂)=4.645eV;绝大多数生成的NH₂(X²B₁)基处于非振动激发,但是具有围绕a惯性轴的高度转动激发。通过NH₃(?)的ν′₂=1光离解产生的NH₂(X)基具有较高的内部激发,并且显示了在N=K_a转动能级上的反转布居。 关键词：     

超声导波的频散补偿与模式分离算法研究

超声导波已被广泛应用于无损检测与评价,针对超声导波应用中普遍存在的模式混叠与频散问题,本文在采用频谱相位与信号时延函数建模导波频散信号传递系统的基础上,提出了一种单一模式的频散补偿算法。进一步地,通过将选择性频散补偿技术与导波模式分离相结合,本文算法克服了传统补偿算法所不能解决的多模式导波频散问题。板中的Lamb波A0,A1和S0混合模式仿真分析表明,本算法不仅可用于单一导波模式信号合成与频散补偿,而且可在实现多模式混合导波信号选择性频散补偿基础上,解决多模式导波信号中单一模式提取与分离。本文研究有助于超声导波多模式频散信号的分析与处理.      

基于少模长周期光纤叠栅的模式转换器

本文提出一种在同一段少模光纤上写入两个不同周期Λ1和Λ2的长周期光纤光栅构成叠栅的方法,实现了纤芯基模LP_(01)向高阶纤芯模LP_(11)模式转换的宽带宽的新型的全光纤模式转换器.利用有限元法和耦合模理论建立了模式转换器的理论分析模型.数值仿真分析了叠栅中两个子光栅周期间隔、光栅长度、耦合系数等光栅参数对模式转换器的影响.仿真分析和实验结果表明,通过改变两个子光栅的周期间隔来改变两个损耗峰的位置,形成一个损耗峰,从而可以实现宽带宽的模式转换器,其10dB带宽约是单栅的2倍.与传统的模式转换器相比,该转换器带宽宽、转换效率高,尺寸小、抗干扰能力强,可以在模分复用系统和光通信中得到广泛的应用.     

Propagating beam analysis of fiber wavelength filters with a depressed-index section

A wavelength filter consisting of single-mode and few-mode fibers is investigated numerically. A simple finite-difference beam-propagation method, in which a transparent boundary condition can be imposed, is developed for circularly symmetric waveguides. After confirming the validity of the numerical method by the mode-mismatch loss, we calculate the propagating field in the fiber wavelength filter, in which interference between LP₀₁, and LP₀₂ modes occurs. To improve the filtering operation, a depressed-index fiber is employed for the few-mode fiber. The effects of the radius and refractive index of the depressed section on the transmission power are revealed and discussed. Power is suppressed to less than 0.1% at 1.3 μm, while maintaining power transmission of more than 85% at 1.55 μm. It is also found that the filtering operation shifts to higher wavelengths as the input power is increased when we choose a self-focusing nonlinear material in the depressed section.     

多模短波长激光在圆形球面腔中的传输

用数值积分方法求解了在圆柱坐标中的横向多模菲涅尔(Fresnel)积分方程.在初始复数光场振幅取均匀分布和随机分布的条件下对圆形球面共焦腔、稳定腔和平面腔的TEM_n0模进行了计算分析.计算结果表明,球面腔单一模的数值结果同解析解的结果符合较好,多种模同时存在时的结果不仅符合多模空间分布特性而且其基模是主要的.     

基于高折射率液体填充的花瓣形微结构光纤可调滤模特性

提出一种新型的可调滤模光纤结构,利用纤芯模式与微结构包层形成的超模群之间的耦合实现选择性滤模,采用花瓣形包层结构使包层中传输的模式更容易产生高的泄漏损耗;提出以液体填充包层介质柱,使包层形成的超模群有效折射率区间可以通过环境温度来调节,从而达到可调选择性滤模目的.利用液体柱的LP11模所形成的超模群,有效增大了其工作带宽和温度调谐范围.数值模拟结果表明,采用长度仅为71.4 mm的滤模光纤,可以使特定的抑制模式损耗达到20 dB以上,而其他模式损耗均在1 dB以下.提出的光纤可以在少模光纤传输系统中作为滤模器使用,以降低模式转换器、复用器/解复用器以及光开关和光路由等的模式串扰.     

Differentiating core and cladding attenuation in single-mode fiber

The measured attenuation of single-mode fibers is determined by loss contributions from both the core and the cladding. These regions can have different attenuation characteristics. In such a case, a shift in the ratio of core to cladding power of the LP₀₁ mode, due to a change in the cutoff wavelength, will result in a change of the measured attenuation spectrum. We have developed a technique to separate core and cladding attenuations and, by way of example, use the individual effects of radiation, hydrogen, and impurities on the core and cladding region of single-mode fibers to highlight the usefulness of the technique.