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34μm,外层孔直径为24 μm时,其基模束缚损耗为0.00017 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2450.9μm2,当弯曲半径为1.2m 时,弯曲损耗为0.106 dB/m.     

低串扰低弯曲损耗环形芯少模多芯光纤的设计

针对少模多芯光纤中存在的纤芯内模式间的耦合及芯间模式耦合等问题,提出一种阶跃型环形芯组成的7芯结构光纤,每个纤芯可支持5个模式.各纤芯具有一个中心低折射率区域和一个高折射率环,保证纤芯内模式间均具有较大的折射率差,从而减小模式间耦合问题.运用有限元法模拟分析了中心纤芯和外纤芯的弯曲损耗、模式间的串扰特性及纤芯参数对串扰性能的影响.数据模拟结果表明,当波长为1.55μm,这种多芯光纤在弯曲半径为50 mm时,弯曲损耗远低于光纤衰减损耗,且纤芯中5个模式的相邻纤芯之间串扰均小于-20 dB/100 km,因而这种多芯光纤在小弯曲半径下仍可实现纤芯间独立的长距离信息传输.     

不同结构微光纤双结谐振器光谱特性理论和实验

基于环形谐振器和方向耦合器理论,提出了串联结构微光纤双结谐振器和并联结构微光纤双结谐振器的理论模型,推导了两谐振器中输出光场与输入光场之间的数学解析式,分析了两谐振器中光场的传输和耦合方向,及不同直径比的情况下其输出光谱的变化规律.数值模拟表明对于串联结构微光纤双结谐振器,位于其透射光谱包络下的透射峰数目等于其两环的直径比;对于并联结构微光纤双结谐振器,透射光谱中透射峰的数目随直径比的增加而增加,且每个直径比等间距的透射峰后会出现一个更窄的透射峰.实验制作了具有近似相等直径的串联结构微光纤双结谐振器和具有直径比近似为2的并联结构微光纤双结谐振器.两种结构的透射光谱均与理论模拟相一致,验证了理论分析的正确性.具有合适直径比的串联结构微光纤双结谐振器和并联结构微光纤双结谐振器在光学滤波器、微型激光器、传感器等方面有重要的应用.     

光纤弯曲损耗特性的理论与实验研究

为了减小在长距离光纤通信中存在的弯曲损耗和利用光纤激光器中的弯曲损耗获得单模输出，利用速度法解释了光纤弯曲损耗机制，采用Marcuse理论研究了弯曲损耗随弯曲半径、波长和纤芯半径变化的关系。通过计算机仿真和实验得出弯曲损耗随弯曲半径的减小而增大，随波长的增大而增大，随纤芯半径的增大而增大，高阶模式的损耗大于低阶模式。利用这一结论就可以通过控制弯曲半径在临界半径以内来减小通信中的弯曲损耗，通过增大模场半径来实现光纤激光器中的单模输出。     

新型三角芯抗弯曲大模场面积光子晶体光纤

提出了一种新型三角芯抗弯曲大模场面积光子晶体光纤.该结构采用单一尺寸的圆形空气孔, 降低了制作难度.在波长1.064 μm处, 在平直状态和弯曲半径为30 cm时, 模场面积分别为1386 μm²和1153 μm², 弯曲带来的模场面积减少量仅为16.85%. 当弯曲半径为30 cm时, 基模的损耗为0.087 dB/m, 二阶模的损耗大于1.5 dB/m, 大的损耗差有效保证了光纤单模运转.此外, 弯曲半径30 cm时, 弯曲方向角扩展至±180°, 光纤弯曲不再受弯曲方向的限制. 所设计的光纤结构具有大模场面积、小的模场面积减少量、 低的弯曲损耗以及低的弯曲方向敏感度等优势, 为小型化、集成化高功率激光传输及光纤激光器和放大器的研究奠定了基础. 关键词： 光子晶体光纤 大模场面积 抗弯曲 弯曲方向角     

超紧凑聚合物五端口光路由器的分析模拟

构建了一种五端口聚合物光路由器,由于四种不同半径的交叉耦合双环谐振器的谐振作用,该器件可完成二维平面内对四个信道波长的定点路由功能。由于聚合物材料和左右覆层材料具有较大的折射率差,四种微环的半径可小至14μm,波导模式振幅弯曲损耗小于10-4 dB/cm。当不同信道波长沿不同端口输入时,得到了波长与路由链路的关系。计算结果表明,各信道波长沿各路由链路的插入损耗为0.03~0.62dB,各路由链路on端口和其他off端口的最大串扰小于-39dB,器件的尺寸约为626μm×495μm。与已报道的硅光路由器相比,该聚合物器件具有相似的微环半径和封装尺寸,且由于零静态功耗、低串扰、低损耗和处理工艺简单、价格低廉等优势,该器件在光片上网络中具有潜在的应用价值。     

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。     

微纳光纤镀铂金膜锁模光纤激光器

采用有限元法仿真了微纳光纤中模式在镀膜前后的能量、电场及有效折射率变化,分析了HE11、TE01、HE21和TM01模式在微纳光纤中的传输特性以及与铂金膜的相互作用原理。采用缓冲氧化物刻蚀液制作了微纳光纤并用离子喷溅法镀铂金膜,得到直径为13.2μm、铂金膜厚度为40 nm的微纳光纤器件,测试了其可饱和吸收特性,调制深度和饱和强度分别为0.57%和0.8 MW/cm²。制作了全光纤锁模激光器,锁模阈值为180 mW。锁模脉冲重复频率为17.93 MHz,脉冲宽度为103 ps,中心波长为1 031.6 nm,半高宽约为3.5 nm。     

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.     

一种与标准单模光纤高适配的低弯曲损耗光子晶体光纤

设计并研制出一种与普通单模光纤高适配的低弯曲损耗光子晶体光纤. 结构采用光纤预制棒制作工艺上易于实现的掺锗芯六孔结构. 应用间接测量方法, 对其模式、弯曲及色散特性进行了系统的评估. 在波长1550 nm处研制光纤的模场面积为79.26 μm², 色散为21.7 ps·km^-1·nm^-1, 模场面积和色散特性与标准单模光纤具有高的适配性. 在光纤弯曲半径为5 mm时, 在波长1550 nm处的弯曲损耗为0.0365 dB/圈, 小于G.657B的弯曲损耗0.5 dB/圈. 研究成果为光纤到户用低弯曲损耗光纤的实用化奠定了良好的基础. 关键词： 光子晶体光纤 低弯曲损耗 光纤到户 高适配性     

Hybrid Mach-Zehnder interferometer and knot resonator based on silica microfibers

We propose and demonstrate an all-fiber high Q Mach-Zehnder interferometer (MZI)-coupled microknot resonator (MZKR) structure using optical microfibers drawn from silica fibers. The experimental results show that this microfiber-based structure achieved a high Q factor of ∼ 15,000 and good interference fringes with extinction ratio of up to ∼ 15 dB. By optimizing the loop-length of the microfiber knot and the optical path-difference of the MZI, the desired MZKR with higher Q factor and better extinction ratio could be obtained. A series of integrated all-fiber optical devices could be realized based on such a MZKR structure due to its outstanding advantages of easy fabrication, great flexibility, low cost, low loss, etc.     

光梯度力驱动的纳米硅基光开关

通过一道光改变另一道光的传输路线是光子集成网络中重要而长远的目标, 然而, 由于硅材料的光学非线性较弱, 在硅材料上实现开关的全光控制难以实现. 因此本文提出了一种由光梯度力驱动的纳米硅基光开关, 实现了硅基光开关的全光控制. 该光开关由一个部分悬空的微环谐振器和一个交叉波导结构构成, 当通入一道控制光时, 悬空的微环谐振器在光梯度力的作用下发生弯曲, 微环谐振器的谐振波长随之发生变化, 从而实现光信号的传输路线发生改变. 该光开关利用纳米光子制造技术在标准绝缘体上硅晶圆上制造, 实验数据得出其最小消光比为10.67 dB, 最大串扰为 -11.01 dB, 开关时间分别为180 ns和170 ns. 该光开关具有尺寸小, 响应速度快, 低损耗和可拓展等优点, 在片上集成光路、高速信号处理以及下一代光纤通信网络中具有潜在应用.     

基于法布里-珀罗调谐滤波器的傅里叶域锁模扫频激光光源

报道了一个光纤型1300 nm波段的傅里叶域锁模(Fourier domain mode locking, FDML)扫频激光光源, 用于扫频光学相干层析成像技术 (optical coherence tomography, OCT) 成像. 本实验扫频激光光源采用包含增益介质、调谐滤波器和延迟线组成的长腔激光谐振腔以及光功率增强单元. FDML扫频激光光源具有快速和高度稳定运转模式, 相位稳定性好. 基于法布里-珀罗调谐滤波器(fiber Fabry-Perot tunable filter, FFP-TF)的FDML扫频激光光源扫频范围为130 nm, 半高全宽为70 nm, 输出平均功率是11 mW. 与基于FFP-TF的短腔的扫频光源做了对比研究, FDML扫频光源速度从短腔的8 kHz提高到了48.12 kHz, 对应生物组织OCT成像轴向分辨率为7.8 μm, 比短腔的减小了1.9 μm. 关键词： 光学相干层析技术 扫频激光光源 傅里叶域锁模 法布里-珀罗调谐滤波器     

面向谐振式微光学陀螺应用的球形谐振腔DQ乘积优化

基于谐振式光学陀螺高灵敏度、低成本与微型化的发展需求, 为了实现高灵敏度的谐振式微光机电陀螺, 提出了以集成光学微谐振腔领域里高Q值、大直径谐振腔的制作为目标, 应用方向为谐振式光学陀螺的球形光学微谐振腔核心敏感单元. 在实验中以氢火焰作为热源采用熔融法制备球形光学微谐振腔. 通过调节氢气的流量控制氢火焰热源面积, 制备了不同直径(300-2200 μm)的球形谐振腔, 分析了球形谐振腔Q 值、DQ乘积、陀螺灵敏度与谐振腔直径D的对应关系及其原因, 获得了最优参数的面向谐振式光学陀螺的球形谐振腔敏感单元. D=1260 μm时, 球腔品质因数 Q=7.18×10⁷, 得到的最优陀螺灵敏度约为10°/h, 满足商业级应用的需求, 为芯片级、高精度、低成本的新型谐振式光学微腔陀螺的研究奠定了实验基础.     

平面环形谐振腔微光学陀螺结构设计与优化

提出具有高群有效折射率的双环级联作为核心元件的谐振式平面光波导陀螺结构, 基于光学Sagnac原理得到了双微环耦合谐振式光学陀螺理论灵敏度与群有效折射率的一般表达式和双环与单环陀螺系统的灵敏度关系, 并由耦合模理论方法得到了双环系统耦合器的两个透射系数对应的群有效折射率变化情况. 在环腔半径R₁=R₂=100 μm、环腔传输损耗系数t₁=t₂=0.95的情况下, 针对环与环之间耦合器和环与波导之间耦合器透射系数对群有效折射率的不同影响, 得到了最大群有效折射率的产生条件. 采用文中参数(R=100 μm, t=0.95)计算的单环谐振式陀螺灵敏度为(10⁴-10⁵)°/h, 而双环级联谐振系统理论灵敏度能够达到10 °/h. 该研究对微环耦合谐振腔在角速度检测上的应用有重要的意义.     

All-fiber add-drop filters based on microfiber knot resonators

We demonstrate an all-fiber add-drop filter composed of a microfiber knot (working as a resonator) and a fiber taper (working as a dropping fiber). The dropping taper can be either parallel or perpendicular to the input port of the filter. A quality factor (Q factor) of 13,000 is obtained from a parallel-coupling 308 microm diameter microknot add-drop filter with a free spectral range (FSR) of 1.8 nm. A Q factor of approximately 3300 is obtained from a cross-coupling 65 microm diameter microknot add-drop filter with a FSR of 8.1 nm. This device is particularly easy to fabricate and to connect to fiber systems.     

Model of a Rectangular Waveguide Laser Resonator with Mirrors of Arbitrary Radius of Curvature

The authors developed a multimode model of a rectangular waveguide laser resonator with mirrors of arbitrary radius of curvature; this model makes it possible to take into account the influence of intracavity elements and the quality of the electrode surface on the optical loss of normal modes in the system. Results of calculation within the framework of the model developed are in good agreement with the data of measurements of the optical loss carried out using a scanning interferometer of the middle IR range.     

Embedding optical microfiber coil resonators in Teflon

A method to manufacture optical microfiber coil resonators embedded in Teflon has been demonstrated for what is the first time to the best of our knowledge. The resonator was obtained by wrapping a microfiber on a low refractive index rod and coating it with a Teflon resin. The coating process is investigated and discussed. Resonances in excess of 9 dB, a free spectral range of approximately 0.8 nm, and Q factors greater than 6000 have been observed in the embedded resonator. The device is compact, robust, and portable.     

Probing optical microfiber nonuniformities at nanoscale

We demonstrate a novel, simple, and comprehensive method for probing optical microfiber surface and bulk distortions with subnanometer accuracy. The method employs a regular optical fiber as a probe that slides along a microfiber transmitting the fundamental mode. The fraction of radiation power absorbed in the probe depends on the local distribution of the mode propagating in the microfiber. From the measured variation of the absorbed power, we determine the variation of the effective microfiber radius, which takes into account both the microfiber radius and refractive index variations. Furthermore, we verify the cylindrical symmetry of the microfiber nonuniformities by probing the microfiber from different sides. These results explain observed transmission losses in silica microfibers and open broad opportunities for microfiber investigation.