Dispersion and Confinement Loss Control in Modified Hexagonal Photonic Crystal Fibers

This paper presents a novel technique for the control of chromatic dispersion and confinement loss in hexagonal photonic crystal fibers (H-PCFs). It is demonstrated that it is possible to obtain very low chromatic dispersion of 0 ± 0:38 ps/(nm·km) in the wavelength range of 1.41 to 1.66 μm and confinement loss of less than 0.0001 dB/km from a six ring modified H-PCF (MH-PCF). The higher order dispersion at 1.55 μm is about −0.001 ps/(nm²-km).     

Multiple defect-core hexagonal photonic crystal fiber with flattened dispersion and polarization maintaining properties

In this paper, we present a dispersion controlling technique with a multiple defect-core hexagonal photonic crystal fiber (MD-HPCF). By omitting air holes in the core region of the conventional HPCF and adjusting the size of air holes around the newly formed core, we can successfully design low flattened dispersion PCF with low confinement loss, as well as high birefringence. The low flattened dispersion feature, as well as the low confinement losses and high birefringence are the main advantages of the proposed PCF structure, making it suitable as chromatic dispersion controller, dispersion compensator, and/or polarization maintaining fiber.     

双折射光子晶体光纤传输特性分析

采用时域有限差分法对光子晶体光纤导模的传输特性进行数值分析,通过该法可得到任意横向结构光子晶体光纤的色散特性和双折射特性。为提高精度,在计算中应用了各向异性完全匹配层作为吸收边界条件。光子晶体光纤的传输特性完全由其横向结构决定。用时域有限差分法对一类对称结构和两类非对称结构光子晶体光纤进行了数值分析,计算结果表明经合理设计的非对称结构光子晶体光纤中可存在较高的双折射(其双折射可达0．07)。表明时域有限差分法可有效应用于分析和设计具有特定色散和偏振特性的光子晶体光纤。     

Design of a Novel Mid-Infrared Single-Polarization Single-Mode Photonic Crystal Fiber with Low Loss,High Nonlinearity,and Large Bandwidth

ABSTRACT

A novel mid-infrared Ge₂₀Sb₁₅Se₆₅ chalcogenide-based single-polarization single-mode (SPSM) photonic crystal fiber (PCF) with rectangular latticed circular air holes is proposed. The properties of SPSM bandwidth, confinement loss, and nonlinearity are analyzed in the 3 μm~8 μm mid-infrared region using the finite -difference time-domain (FDTD) method. The influences of different geometrical parameters on the properties of SPSM-PCF are analyzed. All numerical computational results reveal that for the optimized geometrical parameters, the proposed PCF can deliver a SPSM region of more than 2.3814 μm with high nonlinearity of 3,705 w^?1 km^?1. Therefore, such a SPSM-PCF will become an excellent candidate for mid-infrared photonic.     

光子晶体光纤的弯曲损耗振荡特性分析

综合运用弯曲光纤的等效直光纤模型、全矢量频域有限差分法及各向异性完全匹配层吸收边界,计算了两种类型(折射率引导型和带隙型)光子晶体光纤(PCF)的弯曲损耗.通过数值模拟弯曲损耗随弯曲半径的变化关系,证实了两种光子晶体光纤均具有弯曲损耗振荡特性.进而分析了两种光子晶体光纤弯曲损耗振荡的产生机理并给出了与损耗峰对应的包层模式.结果表明,振荡的产生源于基模与包层模式的耦合,其中,折射率引导型光子晶体光纤的弯曲损耗振荡机理类似于传统双包层光纤,带隙型光子晶体光纤弯曲损耗振荡的产生则是两种不同类型的包层模式共同作用的结果.     

通过调节纤芯大小实现接近零色散的色散平坦光子晶体光纤

利用已有文献对光子晶体光纤色散特性的计算结果,分析了色散随光子晶体光纤结构参数变化的趋势,并利用有效折射率方法基于标量近似理论对光子晶体光纤色散特性进行了有目的性的数值模拟,发现通过独立调整纤芯大小,可以在光通信波段实现非常接近零色散的色散平坦光子晶体光纤,其色散系数D的绝对值在1.3 μm～2.0 μm波长范围小于1.5 ps·km-1·nm-1 .     

空心光子晶体光纤

利用传输常数来认识空心光子晶体光纤的导光机制,并介绍了一种新型全方向波导光纤,最后报道空心光子晶体光纤应用研究的一些进展。     

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。     

Flattened chromatic dispersion in square photonic crystal fibers with low confinement losses

This research presents a simple index-guiding square photonic crystal fibers (SPCFs) that has a silica core surrounded by air hole with two different diameters. It is demonstrated that the designed two-different-size hole-arrayed index-guiding SPCFs has a ultra-flattened chromatic dispersion of 0 ± 0.9 ps/(nm·km) in a wavelength range of 1.34 to 1.61 μm and low confinement loss of less than 10⁻⁷ dB/m in a wavelength range of 1.2 to 1.7 μm. It has also been shown that the proposed SPCFs show reasonable dispersion tolerance.     

光子晶体光纤的低损耗透镜耦合技术

基于不失调透镜系统对高斯光束的变换机理,提出并分析了一种低损耗、高强度连接光子晶体光纤(PCF)的透镜耦合方法。与熔接法相比,该方法可实现各类PCF之间以及PCF与普通光纤之间的有效模式转换,并连接因热膨胀系数极其不同而无法拼接或熔接的光纤。在此基础上,搭建了相应的PCF透镜耦合连接及特性测试实验台,实现了单模PCF和常规G.652光纤之间以及保偏PCF和常规G.652光纤之间的高重复性、高强度连接,连接损耗均值分别为0.4dB和0.65dB,并对实验结果进行了误差分析,提出了存在的问题及改进设想。     

光子晶体光纤的耦合分析

利用等效折射率模型对光子晶体光纤与普通单模光纤的耦合情况进行了分析,并用有限元分析模型对等效折射率法得到的模场半径随着跨距的增大而增大的模场特性进行了验证,得到了当光子晶体光纤的填充比固定时,随着跨距的增大,耦合损耗会随之减小到最小值,然后又再度增大这一结论.并通过合理地选择光子晶体光纤的填充比以及跨距来提高耦合效率.     

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。     

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.     

光子晶体光纤接续损耗的理论分析

基于超格子构造法,采用全矢量模型计算了光子晶体光纤的模场半径,由此出发理论分析了光子晶体光纤与普通单模光纤之间接续损耗分别受横向偏移、轴向倾斜以及模场不匹配的影响,给出了光子晶体光纤在部分常用结构参量区域{Λ,d/Λ}内与SMF-28接续损耗的理论值,讨论了光子晶体光纤各结构参量与接续损耗之间的关系。并简要分析了不同结构光子晶体光纤之间的接续损耗。结果表明,接续损耗对横向偏移和轴向倾斜都非常敏感;孔距是决定接续损耗大小最主要的因素;与普通单模光纤接续,当光子晶体光纤的孔距比该单模光纤纤芯半径大一些时,接续损耗比较小;两种不同结构光子晶体光纤之间的接续损耗大小最主要取决于它们孔距的差异。     

一种新型高非线性色散平坦光子晶体光纤结构

提出了一种新的高非线性色散平坦光子晶体光纤结构,引入了一个衡量非线性和色散平坦的品质因子δ。采用平面波展开法,研究了气孔尺寸对光子晶体光纤色散特性和非线性的影响。新结构在第一圈空气孔的中间插入六个附加小孔,使得光子晶体光纤有更小的有效模场面积,提高了光纤的非线性。通过控制第一圈和第三圈空气孔以及附加小孔的直径,使得该光子晶体光纤在大约330 nm的波长范围内,光纤的色散系数介于±0.5 ps/(km.nm)之间,在大约230nm的波长范围内,光纤的色散系数介于±0.1 ps/(km.nm)之间,在大约200 nm的波长范围内,光纤的色散系数D的值介于±0.05 ps/(km.nm)之间。光纤的有效模场面积为2.26μm2。衡量非线性和色散平坦的品质因子δ=11.8 ps.W/μm2。     

等效折射率模型研究光子晶体光纤的色散特性

应用等效折射率模型对折射率导模光子晶体光纤的群速度色散特性进行了详细的讨论。由于光子晶体光纤由单一材料(SiO2)制成,光纤的波导色散决定了总色散,因此讨论中将群速度色散分解为波导色散和材料色散,研究了波导色散与光子晶体光纤的结构参量孔距∧、相对孔径f的关系。分析表明,在f一定的情况下,光子晶体光纤的波导色散与孔距∧的关系符合麦克斯韦方程的比例性质;而在孔距∧确定的情况下,光子晶体光纤的波导色散的零点、极小值点位置与f在所讨论的波长范围内存在线性关系。最后举例说明了通过调整光子晶体光纤的结构参量,可以灵活地设计其色散特性。     

光子晶体光纤弯曲损耗特性研究

对光子晶体光纤的损耗特性进行了分析,并在实验上对两种典型的光子带隙型和全内反射型光子晶体光纤进行了研究.分别对两种不同结构的光子晶体光纤在弯曲半径2~15 mm范围内的损耗进行了测量.与传统光纤损耗实验结果的对比表明,两种光子晶体光纤的弯曲损耗均不明显,具有很强的抗弯曲损耗能力.实验也证实了光子晶体光纤弯曲损耗存在临界弯曲半径,在大于临界半径的情况下,几乎没有弯曲损耗.从结构上分析并证明光子晶体光纤弯曲损耗随填充比(d/Λ)的增加而减小,填充比越高弯曲损耗越小.     

温度对液晶填充光子晶体光纤传输特性的影响

利用液晶的折射率是温度和波长函数的特性,在光子晶体光纤(PCF)芯区的空气柱中填充向列相液晶,通过改变温度来改变液晶的折射率,构成了一种温度凋制光子晶体光纤.用阶跃有效折射率模型研究了温度对这种光子晶体光纤在不同光波长时传输特性的影响,并进行了数值计算.结果表明液晶填充使光子晶体光纤的色散减小,由于折射率对温度和波长变化敏感,改变温度可以使光纤在长波长区域出现单模传输,在短波长时不会出现单模传输,即使包层相对孔径很小也不会出现无截止单模传输.温度升高使光纤的色散值增大,零色散波长向短波长方向移动.这些特性对温度调制光子晶体光纤器件的设计和应用具有一定的参考意义.     

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。     

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