基于悬浮式双芯多孔光纤的太赫兹偏振分离器

提出了一种基于悬浮式双芯多孔光纤的低损耗、宽带太赫兹偏振分离器.通过纤芯的多孔结构实现器件的低损耗特性,利用两个纤芯微结构的正交关系实现宽带的单偏振模式匹配.结构参数设计采用折射率反转匹配耦合法;数值计算采用全矢量有限元法;光纤基底材料选择太赫兹波段低损耗环烯烃共聚物COC.首先对单芯高双折射悬浮式多孔光纤的色散、模式双折射、基模在空气中的能量分数、以及损耗等特性进行了分析,在此基础上,对悬浮式双芯多孔光纤偏振分离器的特性进行了详细研究.发现该偏振分离器的工作带宽超过1.5 THz(0.8 THz到2.3 THz).其偏振分离长度和吸收损耗随频率的增大而增大,在1 THz,分离长度仅为0.66 cm;x,y两偏振的消光比分别为-14.64 dB和-14.84 dB,两偏振模式的实际吸收损耗均小于0.12 dB.相对于其他双芯光纤偏振分离器设计,该结构具有宽带、低损耗、设计简单、拉制容易、以及抗环境干扰等优点.     

非对称性对光子晶体光纤偏振相关滤波特性的影响

基于表面等离子共振效应,提出了三种不同非对称因素引入的金镀膜偏振相关滤波光子晶体光纤,利用全矢量有限元法研究了光子晶体光纤偏振相关滤波传输特性.当非对称纤芯模单独作用时,波长1.55μm处x与y偏振方向纤芯模损耗分别为5.58dB/cm和461.58dB/cm,两偏振方向损耗比为83;当非对称金属表面等离子模单独作用,且镀膜厚度为55nm时,其谐振波长1.31μm处x与y偏振方向纤芯模损耗分别为2.02dB/cm和412.91dB/cm,两偏振方向损耗比高达204,镀膜厚度19.5nm时其谐振波长1.55μm处x与y偏振方向纤芯模损耗分别为5.29dB/cm和536.25dB/cm,两偏振方向损耗比为101;当纤芯模和表面等离子模同时引入非对称因素时,通信波长1.55μm处y偏振纤芯模谐振强度高达802.08dB/cm,而x偏振纤芯模损耗仅为5.57dB/cm,两偏振方向损耗比为144.数值比较可知,在金属表面等离子模中或两种模式同时引入非对称因素,可获得两偏振方向偏振损耗比更高的强偏振相关滤波传输特性的光子晶体光纤,该研究对光子晶体光纤偏振相关滤波器及相关偏振器件的设计与应用具有一定参考意义.     

基于非对称三芯光子晶体光纤的宽带定向耦合器研究

提出了一种基于三芯光子晶体光纤的定向耦合器。通过增大纤芯两侧空气孔直径来引入非对称纤芯,该方法有效地实现了1×3分束的目的。数值分析表明,该三芯光子晶体光纤定向耦合器的工作带宽可达113.9nm(具体为波长从1530.9～1644.8nm)且均匀性小于0.4dB、偏振相关损耗低于0.2dB。此外,这种结构能够有较大的制作容差,具体表现为器件长度在光纤长度(20.9mm)的±4%范围内变化都能保证工作带宽不小于80nm。     

基于空芯反谐振光纤的三芯结构宽带耦合器设计

提出一种基于三芯结构空芯反谐振光纤的太赫兹耦合器。采用有限元分析法对太赫兹光纤的模式特性进行分析,并基于耦合理论得到其耦合特性曲线。仿真结果表明,三芯结构模式具有比单芯结构更低的传输损耗,其耦合长度可通过改变纤芯间隔和隔离包层管的间隙进行调节。采用长度为223.2 mm的三芯结构空芯光纤可以实现插入损耗小于3.5 dB、带宽达到0.52 THz的宽带、均匀分束。     

基于碲酸盐的新型单芯光子晶体光纤偏振分束器

提出了一种基于ZnTe碲酸盐玻璃的单芯光子晶体光纤偏振分束器.在外侧包层纤芯对称位置引入缺陷孔,使缺陷模和纤芯基模发生耦合以实现光束分离.采用全矢量有限元法对所提出的单芯光子晶体光纤偏振分束器的特性进行研究,结果表明:该分束器可以实现1.3μm和1.55μm波长光的分离,并使光束沿X和Y偏振方向同时传播;当光纤长度为15mm时,1.3μm和1.55μm处的串扰值分别低至-45.1dB和-40.2dB,小于-20dB的带宽分别为44.2nm和67.1nm;在传输波长1.3μm和1.55μm处的损耗值为0.063dB和0.048dB;偏振分束器在具有低串扰值的同时,具有较低的限制损耗.     

太赫兹双空芯光纤定向耦合器

设计了一种低损耗太赫兹双芯光子带隙光纤定向耦合器.采用全矢量有限元法对光纤的耦合特性、损耗和色散进行了理论分析.结果表明,这种光纤定向耦合器在1.55-1.80 THz范围内耦合长度小于1.8 cm,能够实现0.07THz范围内窄带耦合,且其损耗系数低于0.02 cm-1.这种耦合器将在太赫兹窄带滤波、波分复用、开关和偏振分离等技术中有潜在应用价值.     

基于高折射率液体填充的花瓣形微结构光纤可调滤模特性

提出一种新型的可调滤模光纤结构,利用纤芯模式与微结构包层形成的超模群之间的耦合实现选择性滤模,采用花瓣形包层结构使包层中传输的模式更容易产生高的泄漏损耗;提出以液体填充包层介质柱,使包层形成的超模群有效折射率区间可以通过环境温度来调节,从而达到可调选择性滤模目的.利用液体柱的LP11模所形成的超模群,有效增大了其工作带宽和温度调谐范围.数值模拟结果表明,采用长度仅为71.4 mm的滤模光纤,可以使特定的抑制模式损耗达到20 dB以上,而其他模式损耗均在1 dB以下.提出的光纤可以在少模光纤传输系统中作为滤模器使用,以降低模式转换器、复用器/解复用器以及光开关和光路由等的模式串扰.     

基于填充式多孔光纤的太赫兹偏振分离器

提出了一种基于填充式多孔光纤的宽带太赫兹偏振分离器。结构设计采用折射率反转匹配耦合法,数值模拟采用有限元法,光纤基底选择聚合物材料TOPAS。研究了普通三角晶格多孔光纤填充前和填充后的色散和双折射特性,发现通过隔行填充匹配材料,多孔光纤的模式双折射提高了一个数量级,由10-3提高至10-2。利用两根纤芯微结构具有正交关系的填充式多孔光纤实现偏振分离功能。模拟结果表明,该偏振分离器在0.8~2.5THz频率范围内都能够实现偏振分离。在1THz,分离长度为0.77cm;x,y两偏振奇模和偶模的实际吸收损耗均小于0.2dB;消光比分别为-12.73dB和-13.70dB。与以往双芯光子晶体光纤偏振分离器设计相比,该设计具有结构简单、易于实现、可调谐、宽带和低损耗等优点。     

基于45°辐射倾斜光纤光栅的全光纤偏振相关器件

报道一种基于45°辐射倾斜光纤光栅(RTFG)的全光纤偏振相关器件。由于独特的偏振相关模式耦合特性,其可作为一种理想的全光纤起偏器、偏振相关耦合器、全光纤衍射器。基于体电流法建立倾斜光纤光栅的偏振耦合理论,从理论和实验角度系统地分析45°RTFG的偏振辐射耦合、衍射分光及偏振特性。仿真结果和实验结果表明,45°RTFG的透射和辐射有良好的偏振功能。一根长度为24 mm的45°RTFG在波长为1550 nm处的偏振消光比(PER)为22 dB,3 dB带宽超过300 nm。通过制备不同长度的45°RTFG,可以实现具有不同PER的光栅。光栅的辐射模沿角向呈准高斯分布,沿轴向呈指数衰减分布,并且其空间衍射角色散约为0.054 (°)/nm。实验结果与理论结果完全匹配,45°RTFG具有潜在的应用前景。     

微米光纤耦合型环境折射率传感器

本文展示一种由两根微米光纤构成的耦合型环境折射率传感器。微米光纤表面存在倏逝波,芯外介质折射率微小的改变将引起倏逝场分布变化,从而导致能量在耦合器两臂中的重新分配。本文通过测量耦合器两端出射光功率的比值来对葡萄糖溶液的浓度进行传感,实验结果表明该微米光纤耦合型传感器的浓度传感灵敏度可达1.58 mol·L~(-1)。本文用耦合模理论详细分析了两根相邻微米光纤的耦合效率与芯外介质折射率之间的关系,发现减小耦合区的光纤的直径,增大入射光波长或增大耦合长度,都可以进一步提高这种传感器的灵敏度。     

双芯高双折射光子晶体光纤耦合特性研究

设计了一种双芯高双折射光子晶体光纤,采用多极法（multipole method）和光纤的模式耦合理论研究了光纤的双折射、耦合长度以及色散特性.数值研究发现,对于空气孔节距 Λ=1.2　μm,空气孔直径d=1.0　μm的光纤,在1.55　μm处双折射度为1.24×10^-2;对应x偏振模的耦合长度为21.6　μm,对应y偏振模的耦合长度为24.3　μm. 这种具有高保偏度和极短耦合长度的双芯光子晶体光纤对于微型光子器件的研制具有重 关键词： 光子晶体光纤 双芯 双折射 耦合长度     

用楔形柱面光纤微透镜耦合的1.3μm SOA组件

运用激光模式耦合理论分析了半导体光放大器(SOA)与单模通信光纤的连接损耗,并设计制作了楔形柱面光纤微透镜用来实现两者的模斑匹配,有效地降低了器件的光耦合损耗.本文介绍了楔形柱面光纤微透镜耦合的1.3 μm半导体光放大器(SOA)组件及其制作方法.该组件的最大增益不小于14 dB,其偏振灵敏度小于1 dB,增益波动不大于0.5 dB.     

具有高阶耦合色散系数三芯光纤耦合器非线性光开关特性的研究

利用两种方法研究了高速光脉冲在具有交叉相位调制的等边三角形排列结构的非线性三芯光纤耦合器中传输和开关特性.首先利用变分原理得到三纤芯中传输转移系数随距离变化的方程,然后利用分裂步长傅里叶方法求得了光脉冲的数值解.变分法和数值模拟的结果表明：当一阶模间色散系数较小时,光脉冲仍能在三芯之间周期性耦合传输,并且表现出良好的开关特性,但是随着一阶模间色散系数的增大,脉冲耦合传输的周期性和陡峭的开关特性都遭到破坏,光脉冲在传输中发生分裂;二阶耦合色散系数和初始啁啾都能使光脉冲传输时的耦合长度变短、光脉冲在三纤芯之间 关键词： 三芯光纤耦合器 模间色散系数 耦合长度 开关阈值功率     

基于“耦合-耦合-吸收”机理的超宽带单模单偏振微结构光纤

通过在高双折射微结构光纤包层构建缺陷并在其外侧空气孔镀金的方法，实现一种基于“耦合-耦合-吸收”滤波机理的新型单模单偏振微结构光纤（SMSP-MSF）。纤芯中需要滤除的偏振态模式能量通过“纤芯与缺陷芯耦合”和“缺陷芯与金缺陷耦合”两次耦合作用传递至镀金孔中，再利用金缺陷的等离子体共振效应对能量进行吸收，以实现宽带的单模单偏振传输。基于上述机理，利用全矢量有限元法，得到了两种宽带SMSP-MSF。所设计的正六边形晶格SMSPMSF的纤芯x偏振模式与缺陷芯模式、金层二阶表面等离子极化激元模式在多个波长分别谐振，实现380 nm的单模单偏振传输带宽。所设计的正方形晶格SMSP-MSF利用纤芯及缺陷芯相互垂直的排布方式，保证了纤芯与缺陷芯x偏振模式耦合，而y偏振模式不耦合，在1.55μm处实现了偏振消光比高达113 dB的高质量单模单偏振传输。     

太赫兹双芯反谐振光纤的设计及其耦合特性

设计了一种新型的太赫兹双芯反谐振光纤,利用有限元分析法对光纤的损耗特性、双芯之间的耦合特性等进行了理论分析.结果表明,单芯反谐振光纤在一定范围内改变内包层管的排列分布,其传输特性并不会受到明显的影响,据此可以改变双芯光纤的内包层管的排列分布,从而利用模式泄漏耦合机制在太赫兹波段实现双芯反谐振光纤的定向耦合.本文通过改变纤芯距离和纤芯间的间隙大小,在2.5 THz的传输频率下实现了耦合长度为0.72 m的定向耦合,这种太赫兹双芯反谐振光纤将在太赫兹光开关、调制器和耦合器等太赫兹光学器件中具有重要的应用价值.     

线圈型全光纤偏振器的研究

本文采用等效电流法对线圈型全光纤偏振器进行了分析计算.对应于保偏光纤中两正交传输基模的消光比,提出了一种分析保偏光纤弯曲损耗的新方法,这种方法基于将保偏光纤两个不同偏振模式分别等效为两个普通圆光纤的基模,等效参数通过测量不同偏振模式的模场半径来确定.实验证明这种理论计算方法与实验结果一致.最终,我们研制出的线圈型光纤偏振器在1.31μm工作波长下,实测消光比达30dB以上,工作偏振模式插入损耗≤3dB.     

单偏振单模微结构聚合物光纤理论设计

采用全矢量有限元法并结合完美匹配边界条件,得到了一种新型结构的单偏振单模微结构光纤,以聚合物聚甲基丙烯酸甲酯为基材,对其偏振模场、快轴模和慢轴模截至波长和约束损耗进行了研究.结果发现,通过改变光纤结构参量,可以使光纤基模两个正交偏振态截止波长不同,光纤中只能传输基模的一个偏振态（慢轴模）.若调整光纤单偏振单模工作区在聚合物光纤通信窗口650 nm附近,该光纤传输慢轴模的约束损耗低于0.05 dB/m.     

碲玻璃双芯光子晶体光纤耦合特性研究

以碲玻璃为基质材料,设计了八边形双芯光子晶体光纤.应用全矢量有限元法和模式耦合基本理论分析了八边形双芯光子晶体光纤中结构参数对耦合长度特性的影响.计算结果表明:在波长1.55μm处,减小孔间距可明显减小耦合长度,但只略微改变相对耦合长度;增大空气孔及椭圆率可略微增大耦合长度,但可明显增大相对耦合长度.当相对耦合长度为1时,设计的偏振分束器性能较理想.在此基础上,通过调节结构参数,设计了一种较短传输长度、高带宽、高消光比的偏振分束器,当光纤长度为139μm时,X、Y方向偏振光即可实现分离,消光比达到最小值-53.46dB,且在波长1.49μm~1.61μm,即带宽为120nm范围内,消光比小于-20dB,与同类型的高消光比和极短长度双芯偏振分束器相比,其综合性能比较突出.     

双芯光子晶体光纤中的模式干涉

应用全矢量超格子叠加模型分析了双芯光子晶体光纤(PCF)的模式特征.双芯PCF的基模和二次模分别由偏振方向不同的两个偶模和两个奇模组成，讨论了这四个模式的模式电场奇偶性.基于对双芯PCF模式电场奇偶性的认识，讨论了光纤中的矢量模式干涉问题.分析表明，不同偏振态模式的干涉不会引起芯间的功率转移，双芯PCF的芯间功率耦合是由相同偏振模式的干涉引起的.在相同偏振模式干涉过程中，光功率在两个芯子中呈余弦振荡，光纤的两个芯子一般存在约π／2的相位差.还讨论了两个不同偏振方向的耦合系数与波长的关系. 关键词： 光子晶体光纤 双芯光纤 模式 干涉 耦合     

基于少模长周期光纤叠栅的模式转换器

本文提出一种在同一段少模光纤上写入两个不同周期Λ1和Λ2的长周期光纤光栅构成叠栅的方法,实现了纤芯基模LP_(01)向高阶纤芯模LP_(11)模式转换的宽带宽的新型的全光纤模式转换器.利用有限元法和耦合模理论建立了模式转换器的理论分析模型.数值仿真分析了叠栅中两个子光栅周期间隔、光栅长度、耦合系数等光栅参数对模式转换器的影响.仿真分析和实验结果表明,通过改变两个子光栅的周期间隔来改变两个损耗峰的位置,形成一个损耗峰,从而可以实现宽带宽的模式转换器,其10dB带宽约是单栅的2倍.与传统的模式转换器相比,该转换器带宽宽、转换效率高,尺寸小、抗干扰能力强,可以在模分复用系统和光通信中得到广泛的应用.