光子晶体光纤及其在光通信中的应用

简述三类光子晶体光纤(Photonic crystal fibers,PCF)的结构、导光机制及特性,介绍了PCF的研究现状和在光通信中的应用,并探讨了PCF的应用前景。     

光子晶体光纤超平坦色散特性的研究

利用有效折射率方法的标量近似理论对三角排列的光子晶体光纤超平坦色散特性进行了理论分析和数值模拟,研究发现改变光子晶体光纤包层空气孔半径或空气孔间距可以改变波导色散的特性,从而可以设计在不同波段,不同大小值的超平坦色散。本文的计算和分析可以为设计不同色散特性的光子晶体光纤提供理论依据。     

八角光子晶体光纤传输特性与非线性特性研究

基于有限元法对一种全内反射型八角光子晶体光纤的传输特性和非线性特性进行了研究,并改变该光子晶体光纤空气孔结构参数得出了其特性与光波长的曲线关系图. 最终得到一种新结构光子晶体光纤,在入射光波长为1.55 μm低损耗窗口处具有非常优越的传输特性和较平坦非线性特性. 关键词： 光子晶体光纤 色散 损耗 非线性系数     

光子晶体光纤的色散特性及其应用

光子晶体光纤(PCF)的色散特性与传统光纤有显著的差别。从光子晶体光纤的结构特点出发，分析了PCF的色散特性，介绍了其潜在应用。     

光子晶体光纤色散极值特性的研究

采用全矢量有效折射率法计算光子晶体光纤的色散系数,深入分析了光子晶体光纤色散系数与结构参数之间的关系,发现色散系数随着结构参数的变化具有双极值特性:1)当Λ值保持不变时,随着d/Λ值的减小,零色散波长向长波方向移动,在达到极大值后,则转向短波方向移动,例如当Λ=2.3μm时,极大零色散波长出现在约d/Λ=0.24处,约为1728.9nm,当Λ取不同值时,较小的Λ值,会对应有较大的极大零色散波长;2)当d/Λ值保持不变时,随着Λ值的减小,零色散波长向短波方向移动,在达到极小值后,则转向长波方向移动,例如当d/Λ=0.9时,极小零色散波长出现在约Λ=0.6μm处,约为564.29nm,当d/Λ取不同值时,该比值越大,则会对应着越小的极小零色散波长。这一发现对于优化设计特种光子晶体光纤具有一定的价值。     

用阶跃有效折射率模型研究光子晶体光纤色散特性

在采用阶跃有效折射率模型研究光子晶体光纤的可行性方面，提出了将普通单模光纤、色散位移光纤、色散平坦光纤作为一定极限条件下的折射率引导型光子晶体光纤特例的观点.通过编程计算，并与文献报道的实验数据对比，表明应用本模型可以揭示光子晶体光纤所具有的奇异的色散机理.特别是应用本模型具有更快的计算速度.还用本模型分析了空气孔直径、周期及芯径对色散特性的影响. 关键词： 折射率引导型光子晶体光纤 阶跃有效折射率模型 色散     

光子晶体光纤的原理、结构、制作及潜在应用

传统光纤中的光能损耗和色散是阻碍其进一步向大容量和远距离通信方向发展的主要原因，因此制造具有低色散和低损耗的光子晶体光纤成为光纤技术努力的方向。在介绍光子晶体光纤的制作、导光原理和特点的基础上，研究了普通光纤不具备，而光子晶体光纤所具有的无休止的单模特性、奇异的色散特性、可控的非线性和易于实现的多芯传输等特点。研究结果表明，光子晶体光纤在光纤传感器、光子晶体天线、超宽色散补偿、光学集成电路等多方面具有广泛的应用前景。     

光子晶体光纤非线性系数的数值计算

针对全反射型光子晶体光纤在短波长处的横向电场分布特点,在忽略空气孔内极为微小的电场影响下,将光纤等效为阶跃型光纤,导出一种新的计算有效折射率的方法.结合Sellmeier公式推出光子晶体光纤的非线性系数与其两个几何结构参量和波长的简洁解析关系.对非线性系数随着这些参量的变化进行了数值计算与讨论,得出非线性随着空气孔直径或空气孔直径与孔间距比d/Λ值的增大成指数上升的规律.在波长为0.55 μm和0.85 μm时,非线性系数分别可高达3.5和2.54 m－1W－1.     

改进型蜂巢晶格结构光子晶体光纤的色散与非线性特性

结合蜂巢晶格与不同空气孔直径晶格二者的优势,提出一种改进犁蜂巢晶格结构光子晶体光纤,采用矢量光束传输法对该光纤的色散与非线性特性进行了数值模拟,分析了色散、非线性系数与其晶格参量之间的关系.数值结果表明,该光纤在1.2～1.6 μm波段内可以实现大负色散、色散平坦、正色散等多种色散特性;此外,晶格结构中空气孔直径的减小...     

光子晶体光纤气体传感器

光纤传感器因其具有体积小、 抗电磁干扰、 灵敏度高、 可以形成分布式测量等优势, 成为传感领域研究的热 点之一. 介绍了光子晶体光纤气体传感器的基本原理、 分类及最新研究进展, 并指出了今后研究需要解决的问题     

具有三个零色散波长的光子晶体光纤中色散波孤子的产生

基于广义非线性薛定谔方程,数值模拟了具有3个零色散波长的光子晶体光纤中孤子的演化过程及其时频特性.结果表明,由于第2个反常色散区的存在,不仅在正常色散区得到了相位匹配的蓝移和红移色散波,还在低频反常色散区得到了高强度的色散波孤子,而且此孤子在高频正常色散区进一步辐射出了蓝移色散波.     

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。     

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.     

光子晶体光纤模式特征的研究

从基空间填充模出发，将光子晶体光纤的包层等效成均匀介质，从而将光子晶体光纤等效为阶跃折射率光纤。利用等效折射率模型，对光子晶体光纤的模式特征进行了详尽的研究，主要包括模式特性、传输常量、模场分布、功率限制特性、瑞利散射损牦特性、色散特性，等等。并通过功率限制因子这一参量将它与单模光纤进行比较。结果表明，光子晶体光纤单模工作波长范围比较宽，功率限制因子比较高，可用于制作更高抽运效率的光纤放大器。     

改进的正方形格点双芯光子晶体光纤的负色散特性分析

设计了一种改进的正方形格点双芯负色散光子晶体光纤,其包层是由在纯硅背景上以正方形格点排列的三种大小不同的空气孔构成,这些空气孔和中心的缺陷形成了这种负色散光子晶体光纤的双芯.用频域有限差分法对其分析表明,该光子晶体光纤具有宽带负色散的特性.当相邻空气孔间距取2.05 μm,空气孔直径分别取1.9 μm,1.3 μm,0.9 μm时,可在1.55 μm处实现宽带负色散,其半峰全宽超过了300 nm.这种光纤可用于波分复用光纤通信系统中的宽带色散补偿.     

光子晶体光纤的基模分析

简化了光子晶体光纤的模式计算公式，计算了六角晶格光子晶体光纤的色散关系，对不同空气柱半径的色散作了比较，发现随着空气柱半径的增加，模式折射率变小，波导模式色散的零色散点向长波方向移动。     

Applications of Nonlinear Effects in Highly Nonlinear Photonic Crystal Fiber to Optical Communications

Unique dispersion characteristics and enhanced nonlinearity make the small-core photonic crystal fiber (PCF) an ideal candidate for nonlinear optical devices to telecommunication applications. Some technical reasons behind great research interest of highly nonlinear PCFs in optical communication components are reviewed. Nonlinear effects in highly nonlinear PCFs and their research progress are presented. Several typical applications including WDM sources, optical amplification, optical switching, wavelength conversion, optical regeneration and all-optical demultiplexing etc are introduced, together with state-of-the art performances. Some new possible applications and future prospects are discussed.