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。     

高非线性光子晶体光纤色散特性的研究

采用矢量光束传输法对不同结构参量的高非线性光子晶体光纤的非线性特性和色散特性进行了数值分析,计算得出高非线性光子晶体光纤的物理参量基模有效面积Aeff 、非线性系数γ和色散系数D.分析了Aeff 、γ和D与高非线性光子晶体光纤结构参量空气孔间距Λ、空气孔直径d之间的关系.分析结果表明,通过调节光子晶体光纤的结构参量可以灵活地调整高非线性光子晶体光纤的非线性特性和色散特性.     

非线性一维光子晶体波导光双稳

利用非线性折射率系数较大且非线性时间响应较快的CdS_xSe_1-x玻璃为材料,设计并制备了非线性一维光子晶体波导光双稳器件,该器件的折射率空间分布呈正弦形式。实验测得双稳开关的阈值功率密度为1.60×10⁵W/cm²,开关时间为63ps。采用时域有限差分方法讨论了光子晶体带隙随入射光强变化而移动的情况,随着入射光功率密度的增加,光子晶体的带隙中心向短波方向移动。同时计算了该器件的双稳特性,理论计算得到双稳开关的阈值功率密度为1.40×10⁵W/cm²,开关时间约为50ps。获得了理论与实验基本一致的结果。     

高双折射光子晶体光纤中均匀布拉格光栅的特性

研究了具有高双折射的光子晶体光纤(HB PCF)中均匀布拉格光栅(FBG)的光谱特性。利用紧凑的超格子模型,对光子晶体光纤的传输特性进行分析,研究正向传输和反向传输的模式之间的耦合规律,从而研究写入光子晶体光纤中的均匀布拉格光栅的特性。首先给出具有C6v对称性的零双折射光子晶体光纤中光纤布拉格光栅的布拉格波长λB随光纤结构参量的变化规律;然后分析一种高双折射光子晶体光纤中的光纤布拉格光栅的光谱特性,高双折射使两个不同偏振态的反射峰分开较大;最后分析了一种常用的双模双折射光子晶体光纤中光纤布拉格光栅的光谱特性,LP01模和LPe11模的两个偏振态对应的反射谱都由于高双折射而分开。     

石英光子晶体光纤中高功率中红外超连续谱的产生

非石英光纤在产生大功率超连续谱方面存在难以克服的局限性.本文首次报道了采用石英光纤产生大功率中红外超连续谱.精心设计光纤结构使色散有利于超连续谱向中红外波段展宽,同时保证相对较大的芯径以承受较高的泵浦功率.合理选择光纤长度,在保证光谱展宽到3.4 μm的情况下使光纤损耗的影响降低到最小限度.研究表明,在1.95 μm皮秒脉冲泵浦下,采用色散适宜的石英光子晶体光纤可以产生20 dB带宽覆盖1 550~3 420 nm的超连续谱.超连续谱的平均功率可达56.6 W.     

光子晶体光纤及在光纤光栅中的应用

从光子晶体光纤(PCF)与普通光纤在光纤结构上的差异出发，简要分析PCF的导光原理与单模特性，并探讨基于PCF的光纤光栅的稳定性，基于聚合物填充多孔光纤的长周期光纤光栅的温度调谐性能，以及纯结构性非光敏纤芯长周期光子晶体光纤光栅的原理。从一个方面说明了光子晶体光纤的潜在应用。     

折射率导模高双折射光子晶体光纤

与传统光纤相比,光子晶体光纤芯区与包层之间具有更高的折射率差,并且制作过程中可以灵活地制造各种对称与非对称结构,这为在光子晶体光纤中实现高双折射提供了可能。应用全矢量模型分析一种折射率导模高双折射光子晶体光纤,其包层采用两种尺寸的空气孔,使该光纤具有二重旋转对称性,原来简并的两个正交偏振模不再简并,呈现出较高的双折射,模式双折射比普通的保偏光纤高至少一个量级。分析结果表明,在波长1540nm,其拍长可达0．4067mm。理论分析结果与实验测量结果相吻合。     

光子晶体光纤特性及光通信中的应用

首先概要介绍了光子晶体光纤的发展进程、导光机理和分类。然后讨论了其三个突出的优点:单模传输特性、高非线性效应和可控群速度色散特性。最后探讨了它在光通信中的应用前景:产生超短脉冲、光参量放大和超连续谱的产生。     

基于纤芯折射率增强的高双折射光子晶体光纤

通过增加光纤纤芯区域折射率实现了一种高双折射光子晶体光纤.采用全矢量有限元和平面波展开方法,系统地研究了这种高双折射光子晶体光纤在不同的高折射率区域参数(比如区域形状、折射率)情况下的光纤特性.模拟结果表明,光子晶体光纤的双折射可以在优化的参数条件下获得很大提高,光子晶体光纤的非线性系数(连同双折射)也可以同时得到提高.     

Ultraviolet Light Generation in Gas-Filled Kagome Photonic Crystal Fiber

Abstract

Kagome hollow-core photonic crystal fibers were found to be ideal for the occurrence of ultrafast non-linear optics. This article reports the optimal conditions for the generation of ultraviolet light using a gas filled kagome hollow-core-photonic crystal fiber. It is shown that by changing the pressure of the gas and the input pulse characteristics, the efficiency of conversion and quality of ultraviolet light can be improved, as well as tuning its central frequency. Results suggest that a highly coherent and tunable ultraviolet light source can be constructed, which can find numerous applications.     

一种新结构高双折射光子晶体光纤

提出了一种新结构的高双折射光子晶体光纤,通过引入掺氟实心圆的方式形成双折射,而不采用大多数高双折射光子晶体光纤中引入不同孔径空气孔或椭圆空气孔的结构。应用全矢量平面波法对其基模场分布、模式截止以及各种结构参量对模式双折射特性的影响进行了详细的分析和讨论。结果表明,该结构光子晶体光纤可以在较宽波长范围内产生10-3量级的模式双折射,且通过调节孔径,可以灵活地将双折射最高点调整到所需的波长上。另外,该结构高双折射光子晶体光纤在拉制工艺、光纤强度以及光纤熔接等方面也具有一定的优势。     

多孔芯光子晶体光纤及其偏振特性

强激光与气体的长距离相互作用能产生许多新奇的物理效应,而自由空间光束的自聚焦、衍射、散射等问题限制了该科技领域的发展。本文提出了一种新型多孔芯光子晶体光纤,纤芯亚波长、低折射率空气孔可以传光,具有宽带、低损耗、单模传输特性。利用倏逝波耦合效应,研究了纤芯亚波长空气孔束缚光的原理。根据光波传输的电磁场理论,分析了低折射率空气孔中的光强增大效应。强光在空气孔中长距离传输,为光与物质的相互作用提供了新条件,可以用于气体传感、非线性光学、高集成光子技术、原子操控等。由于纤芯空气孔可以传光,改变空气孔的大小,直接影响模场分布,进而可以获得很高的结构双折射。通过光纤结构参数的合理设计,分别获得了B=4×10^-2的高双折射、纤芯直径5 μm的大模场高双折射、大模面积单偏振单模特性,在光纤偏振器、光纤滤波器、光开关及光纤传感等领域有广泛的应用前景,为新型光场调控提供了新方法。     

单偏振光子晶体光纤

提出了一种能够在较宽波长范围内保持单偏振的光子晶体光纤,并利用频域有限差分法对其偏振特性进行了数值分析。在孔间距Λ取2.3μm,第一层较大空气孔直径dl取2.4μm,较小空气孔直径ds取1.4μm,包层中其它空气孔的直径d取0.6μm的条件下,这种单偏振光子晶体光纤在1.02-2.0μm波长范围内,保持较高的模式双折射。当较大空气孔直径dl取2.8μm,较小空气孔直径ds取1.4μm时,在1.35-2.0μm波长范围内,仅有一个偏振模能够存在,且波长1.31μm处的模式双折射度达到3.5×10-3。     

利用模式的对称性研究光子晶体光纤的色散

由光子晶体光纤的对称性可以得到模式分布的对称性，根据模式的对称性选择适当的展开函数，可以使计算量大大减少。计算了六角结构光子晶体光纤的色散特性，得到了波长在1．55pm处色散为零时，光子晶体光纤的结构参量所满足的方程。     

利用自发四波混频测量光子晶体光纤色散

使用脉宽为1.6ps的脉冲光抽运0.6m长的光子晶体光纤,测量由光纤中自发四波混频过程所产生光子对的频谱,并利用所获得的相位匹配数据确定了待测光纤的色散。当抽运光的中心波长以1nm的步长,在1037～1047nm的范围内变化时,通过可调谐滤波器和单光子探测器测量光子晶体光纤产生的信号和闲频光子对的频谱,从而获得11组四波混频相位匹配数据。然后使用阶跃有效折射率模型对所获得的相位匹配数据进行拟合,得出待测光子晶体光纤的纤芯半径和包层空气比的有效值分别为0.949μm和29.52%,并在此基础上计算了光纤的色散及全频谱范围内的四波混频相位匹配曲线。实验结果显示,曲线预测值与实测值之间误差小于0.1%。     

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。     

基于掺铒光子晶体光纤超荧光光源的实验研究

为了改进传统掺铒光纤超荧光光源的输出稳定性,提出基于掺铒光子晶体光纤的超荧光光源。构建了单程后向结构掺铒光子晶体光纤超荧光光源,研究了这种新型光源的输出特性。分析了掺铒光子晶平均波长体光纤长度和抽运功率对光源输出功率、光谱谱宽和平均波长的影响。结果表明,通过优化选取光纤长度28m和抽运功率220mW,获得了单程后向结构超荧光光源输出如下:输出功率45.74mW、光-光转换效率20.79%、谱宽31.5nm和平均波长1548.003nm。该实验结果为进一步研究掺铒光子晶体光纤超荧光光源在不同环境下的稳定性奠定了基础。     

光子晶体光纤中级联长周期光栅双谐振波长干涉的研究

通过分析单模光纤SMF中的LPG对的传输特性及几个因素对干涉透射谱的影响,并结合前期工作,主要研究光子晶体光纤(PCF)中的LPG对在1665 nm附近U波段传输特性.结合光栅耦合强度与波长的关系以及拍长与波长的关系,对PCF中LPG对的参数进行选择设计,得到双谐振波长的干涉谱,级联LPG对构成的MZI干涉光谱在两个谐振波长处由于耦合强度不同而不同.     

光子晶体理论应用于光纤布拉格光栅的研究

将光纤布拉格光栅近似为一维光子晶体，研究光栅的能带结构和光学传输特性。利用平面波展开法对光子晶体进行理论研究，将研究方法移植到光纤布拉格光栅上，并对其进行数值分析，得到光栅的传输特性。研究表明，光栅反射谱有多个反射峰，峰值中心频率是基频的整数倍，而且峰值处存在光子带隙，反射峰带宽对应光子带隙宽度，中心频率和带宽随光栅长度、高介电常量材料占空比、调制深度而变化。结果与传统的耦合模理论一致。     

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...