大模场光子晶体光纤激光器研究获得新进展

大模场光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)是通过设计光子晶体光纤的微结构来获得大模场单模面积的一种新型特种光纤．目前PCF的模场面积可以做1500μm^2以上,比传统单模光纤的模场面积大一个数量级,因此大模场PCF可以承受和传输更高的激光功率,并且具有高转换效率、高亮度、高光束质量等优点．同时利用PCF的微结构可设计特性,把大模场PCF的包层设计成高数值孔径的双包层结构,可大大提高泵浦耦合效率．     

各向异性内包层对双包层光纤特性影响的分析

提出了单轴各向异性材料为内包层，且其主轴沿光纤轴线（z轴）方向的双包层光纤模型，推出了矢量模特征方程，重点研究了主轴折射率比kcl对波导色散的影响，针对从矢量模特征方程求解波导色散因表达式极为复杂而无法直接求解的困难，提出了一种求解波导色散的有效方法，研究结果发现可以在不改变光波导结构参量的条件下，通过改变kcl可有效地改变光纤的波导色散，也分析了kcl、几何参量S、光学参量R对低次模的传输和截止特性的影响。研究结果为获得更为理想的色散补偿、色散平坦光纤及设计新型无源光器件提供了重要的依据。     

掺Yb~(3+)双包层大模场面积微结构光纤光谱特性的研究

掺Yb3+双包层大模场面积微结构光纤(micro-structured fibers,MSF)是作为超大功率光纤激光器的理想介质。本文首先采用非化学气相熔炼法制备出掺Yb3+石英基玻璃材料,然后按照设计要求,通过排布拉制法制备了掺Yb3+双包层大模场面积微结构光纤。分别利用钛宝石飞秒激光器(波长调至为975 nm)和波长为980 nm LD激光器作为激励源,对掺Yb3+双包层大模场面积微结构光纤的荧光光谱进行分析,实验结果表明:该光纤在波长为1 050 nm处产生强的荧光,同时该光纤还能有效的抑制合作发光现象(coopera-tive luminescence)的产生。     

三包层WⅠ和WⅡ型单模光纤波导色散特性的研究

研究了三包层WⅠ和WⅡ型单模光纤的波导色散特性。结果发现在相同条件下，三包层WⅠ和WⅡ型单模光纤零色散点的调节范围比传统的双包层W型单模光纤明显增大。详细分析了几何参量P、Q和光学参量R1、R2对单模传输时的波导色散特性和低次模截止频率的影响。所得的研究结果为获得更为理想的色散补偿、色散平坦光纤及设计新型无源光器件提供了重要的依据。计算波导色散的方法可推广到多包层光纤。     

一种阶梯结构的色散平坦光子晶体光纤的研究

以多极法理论为基础,提出了一种阶梯结构的光子晶体光纤.通过改变其内四层的三个结构参量(内两层孔孔径,外两层孔孔径和孔间距),实现色散绝对值在1.1～1.8μm的波段内变化仅为0.05～2 ps/(km·nm)的平坦甚至超平坦的特性.在此情况下对其有效模场面积进行数值模拟,充分展示了达到色散平坦和超平坦时,相对于传统光子晶体光纤,此种结构的光纤对芯区内光场的局域能力有很大程度的增强,其有效模场面积可仅为传统光子晶体光纤的1/30.最后,经过大量的数值计算和理论分析,归纳出若要此种阶梯结构的光纤在1.1～1.8μm的波段内达到色散平坦甚至超平坦特性的设计依据.     

双包层多芯光子晶体光纤自相干合成的数值分析与实验

依据耦合模理论分析了双包层多芯光子晶体光纤的超模模场特性,通过倏逝波对7束光的相位调节,可实现相干合成,激光亮度得到很大提高.利用相干合成原理对双包层多芯光子晶体光纤的出射光相干功率密度进行了分析与测量,对此种结构的光子晶体光纤实现自相干合成提出了理论和实验依据.     

全光纤高能量飞秒脉冲激光放大系统

研究了一种全光纤飞秒脉冲放大系统.其采用非线性放大环形镜结构的谐振腔输出宽光谱种子光,通过光纤啁啾脉冲放大技术抑制功率放大过程中的非线性累积;主放大部分结合双包层光纤与大模场光子晶体光纤熔接技术,输出中心波长1030nm,平均功率16.9W的高质量皮秒脉冲,经空间光栅对补偿色散后脉冲宽度324fs,单脉冲能量12.2μ...     

掺Yb3+双包层大模场面积光纤锁模激光器

报道了一种结构简单、运转稳定并可以输出高脉冲能量的被动锁模光纤激光器.激光器的增益介质为掺Yb³⁺双包层大模场面积光纤,具有非常低的非线性系数.利用非线性偏振旋转效应和半导体可饱和吸收镜结合实现自启动锁模,获得了平均功率为160mW、重复频率为55.9MHz(对应于3nJ的单脉冲能量)、脉冲宽度为10.6ps的激光脉冲输出. 关键词： 大模场面积光纤 光纤激光器 锁模     

双包层色散平坦光子晶体光纤的数值模拟与分析

光纤色散会使脉冲展宽,从而导致误码,在通信网中这是必须避免的一个问题.运用有限元法,在考虑石英基质材料色散的前提下,数值模拟了呈圆形排列的双包层光子晶体光纤的场分布、基模有效折射率和色散特性.结果表明,小空气孔间距和直径不变时,大空气孔与第一圈小孔的的间距和大空气孔的直径对色散曲线的走向起决定性作用.如同某些色散补偿光...     

70 W全光纤超连续谱光源

 超连续谱光源在很多领域具有广泛而重要的应用,过去40多年一直是国际研究热点之一。但一方面由于普通双包层光纤与光子晶体光纤模场不匹配会导致较高的熔接损耗和耦合损耗;另一方面受高质量超快光纤脉冲激光器输出平均功率的限制,目前超连续谱光源的最高输出平均功率只有50 W。报道了一种全光纤结构的超连续谱光源,输出平均功率为 70 W。由于整个装置采用一种新的超连续谱形成机制,较好解决了普通双包层光纤与光子晶体光纤由于模场不匹配导致的较高熔接损耗和耦合损耗;降低了对脉冲泵浦源光谱质量的要求。     

填充ENZ材料的太赫兹高双折射及近零平坦色散微结构光纤北大核心CSCD

为了实现太赫兹波的保偏波导传输,设计了一种含有纤芯缺陷孔和椭圆形包层空气孔的高双折射微结构光纤。通过在包层空气孔中选择性地填充太赫兹近零介电常量(epsilon-nearzero,ENZ)材料,引入了几何结构和材料分布的双重不对称性,破坏了2个偏振基模的简并以获得高双折射特性。应用有限元方法研究了光纤的双折射、损耗和色散等传输特性随结构参数的变化规律。在0.5 THz~2 THz的宽频段范围内获得了大于0.01的高双折射。x和y偏振基模的损耗在0.8 THz附近具有最小值,分别为0.903 dB·cm^(-1)和0.851 dB·cm^(-1)。纤芯缺陷孔可以有效调节色散特性,y偏振基模在1 THz~1.8 THz范围内具有(0±0.054)ps·THz^(-1)·cm^(-1)近零平坦色散特性。光纤的传输特性对ENZ材料的折射率变化不敏感。研究结论为研制太赫兹保偏光纤提供了理论参考。     

微结构光纤传感器设计的新进展

根据导光机理、微孔分布、介质载入、纤芯数量及对称性等因素,对微结构光纤进行了具体分类。在此基础上,阐述了微结构光纤传感器的结构设计方法。对近年来国内外(包括作者设计)的典型微结构光纤传感器和微结构光纤光栅传感器进行了详细介绍和综合评述,对基于微结构光纤及微结构光纤光栅的新型传感器的发展进行了展望。     

微结构光纤传感器设计的新进展

根据导光机理、微孔分布、介质载入、纤芯数量及对称性等因素,对微结构光纤进行了具体分类。在此基础上,阐述了微结构光纤传感器的结构设计方法。对近年来国内外(包括作者设计)的典型微结构光纤传感器和微结构光纤光栅传感器进行了详细介绍和综合评述,对基于微结构光纤及微结构光纤光栅的新型传感器的发展进行了展望。     

一种新型的基于四孔单元光子晶体光纤的设计与分析

设计了一种基于四孔单元的光子晶体光纤,它可以满足光通信系统中高双折射率、负色散和低限制损耗的要求,比起通常的三角结构光纤有着更高的双折射率,并且结构制作也较简单。采用全矢量有限元法和各项异性完美匹配层法对所设计的光纤进行了仿真研究。仿真结果表明:该光纤在1.55μm波长处可获得10~(-2)数量级的双折射率,在较宽广的波段范围具有大的负色散,限制损耗低于10~(-9)dB/m;该光纤在保偏光纤、单极化单模光纤、色散补偿光纤等方面具有重要的应用。     

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     

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。     

Maintaining single polarization and dispersion compensation with modified rectangular microstructure optical fiber

In this paper, we propose and numerically demonstrate a highly birefringent microstructure optical fiber which shows negative dispersion coefficient of about −288 to −550 ps/(nm km) covering S to L wavelength bands and −425 ps/(nm km) at the excitation wavelength 1550 nm. This proposed design successfully compensate the dispersion covering S to L communication bands ranging from 1460 to 1625 nm along with relative dispersion slope (RDS) perfectly matched to that of single mode fiber of about 0.0036 nm⁻¹. Apart from dispersion compensation, the designed MOF offers high birefringence of 2.94 × 10⁻² at 1550 nm and better compensation ratio with design simplicity due to circular air-holes in the fiber cladding.     

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.     

基于色散效应的光纤光栅高速高精度解调方法研究

利用普通单模光纤(SMF)与色散补偿光纤(DCF)分别具有正色散和负色散系数特性,实现光纤光栅阵列的高速高精度解调.系统采用全光纤结构,仅需发出单一高速光脉冲,即可根据反射光脉冲时延差同时获取各个光栅的波长与位置信息,大幅提高了光纤光栅解调速度;通过建立DCF-SMF双通道和色散差矫正模型,削弱了温度变化及色散值误差对系统解调精度的影响.实验表明,本方法解调速率可达1 MHz,解调过程受传感网络光纤及双通道温变影响较小,具有良好稳定性及高精度;5—75?C温度扰动实验中,传感网络传输光纤温变时系统解调均方差16.8 pm,DCF-SMF双通道受温度扰动时系统解调均方差为11.9 pm,恒温下系统长时间解调时均方差为6.4 pm;应力实验中,解调线性度可达0.9998,解调精度约为8.5 pm.     

Large negative dispersion in dual-concentric-core photonic crystal fiber with hybrid cladding structure based on complete leaky mode coupling

Considering the optical stability of solution, the sugar-solution is infused into the outer core ring of dual-concentric-core photonic crystal fiber (DCCPCF). The influences of structure parameters and solution concentration on the phase and loss matching are comprehensively analyzed. By choosing the appropriate outer core mode to completely couple with the inner core fundamental mode, the large negative dispersion PCF around 1.55 μm is designed, which has the dispersion value of − 39,500 ps/km/nm as well as bandwidth of 7.4 nm and effective mode area of 28.3 μm². The designed PCF with hybrid cladding structure can effectively compensate the positive dispersion of conventional single mode fiber, and suppress the system perturbation caused by a series of nonlinear effects. Considering the mode field mismatching between the DCCPCF and the tapered fiber, the calculated connection loss around 1.55 μm is below 3 dB. In addition, the equivalent propagation constants of two leaky modes are deduced from the coupled-mode theory, and the complete mode coupling case can be well predicted by comparing the real and imaginary parts of propagation constants.