光子晶体光纤的全光纤纤芯变形研究

利用有限差分光束传输法分析了全光纤纤芯变形光子晶体光纤中的模场分布以及能量损耗情况.实现了光子晶体光纤的选择性空气孔塌缩,制作了由小纤芯到大纤芯和圆形芯到矩形芯的纤芯变形光子晶体光纤,该光纤在波长1550 nm下以小于0.05 dB的能量损耗实现了光斑的整形.实验结果与模拟结果有很好的一致性. 关键词： 光子晶体光纤 空气孔塌缩 纤芯变形     

八边形结构的双折射光子晶体光纤

提出一种新型的双折射光子晶体光纤,在正八边形的基础上改变纤芯附近的几个空气孔的直径产生双折射.利用多极法对该光纤基模的模场分布、色散、限制损耗及双折射特性进行数值分析,并且分析了一些参数对双折射的影响.计算了具有相同参数的六边形结构光子晶体光纤的色散系数、限制损耗及双折射率.研究表明,具有相同参数的八边形结构光子晶体光纤比六边形结构光子晶体光纤的双折射率明显提高,限制损耗大幅度减小,零色散波长也向短波方向移动. 关键词： 光子晶体光纤 双折射 色散 限制损耗     

空芯光子带隙光纤成栅机理及特性研究EI北大核心CSCD

利用有限元法和局域耦合模理论对空芯光子带隙光纤成栅机理进行了分析。建立了空芯光子带隙光纤包层空气孔塌缩模型,分析计算了纤芯基模(LP01)和一阶包层模(LP11)在塌缩区域内有效折射率分布和耦合系数分布,得到了LP01和LP11耦合的传输谱。在此基础上研究了光纤结构参数(空气孔直径和孔间距)、光栅参数(光栅周期和周期个数)、塌缩程度和塌缩方式对谐振波长的影响。研究结果表明,随着空气孔直径的增大、孔间距的减小、光栅周期的增大和塌缩程度的减小,其谐振波长向短波方向发生漂移;随着周期个数的增大,其谐振波长未发生明显漂移;此外,与圆对称塌缩相比,非对称塌缩谐振波长向短波方向移动。     

空气孔正方形排列的低损耗高双折射光子晶体光纤的数值模拟

提出了一种正方形排列渐增空气孔高双折射光子晶体光纤，并利用多极方法对光纤基模的模场分布、色散、双折射以及损耗特性进行了数值模拟.模拟结果表明利用这种结构可以在包层空气孔层数较少的情况下实现极低的限制损耗，通过调节内层空气孔的分布可以有效地控制光纤的双折射和色散特性.本结果对高双折射光子晶体光纤的制备具有一定的指导意义. 关键词： 光子晶体光纤 双折射 限制损耗 多极方法     

全矢量有限元模型及其在光波导中的应用

为了研究光波导和光子晶体光纤的模式特性和传输特性,从矢量波动方程出发,推导出了各向异性介质中场微分方程复数泛函表达式,利用棱边/节点混合元离散了该泛函,加入了各向异性介质匹配层边界条件,得到关于传播常量的广义特征值方程.以矩形波导为例,对各向异性介质匹配层边界条件的吸收特性进行了研究,得到了基模以及几个高阶模的场分布、色散曲线和损耗曲线.结果表明该方法可靠有效.对正六边形晶格光子晶体光纤进行了分析.数据表明：光纤有效折射率随空气孔直径或波长的增大而减小,但与空气孔圈数无关;光纤限制损耗(confinement loss)随波长增大近似成指数增大,而增加空气孔直径或者空气孔圈数则可使之显著降低.     

热激法光子晶体光纤光栅制备工艺中热传导特性研究

研究了基于结构性改变的光子晶体光纤光栅的热激法制备工艺,理论分析了此种工艺的成栅原理,采用热传导理论和有限元法研究了制备过程中光子晶体光纤中的温度场分布,以及包层空气孔结构和激光参数对成栅效果的影响.研究结果表明,利用光子晶体光纤包层空气孔周期性塌缩可以形成光栅;采用两点热激法时,能够实现能量在光纤径向均匀分布,轴向近似于高斯分布;包层气孔结构加速了成栅过程,相同光斑尺寸下,光纤塌缩所需激光功率随气孔层数和气孔半径的增大而减小;最后,对包层空气孔结构为1层到7层的光子晶体光纤热激过程进行仿真,得到了空气填 关键词： 光纤光栅 光子晶体光纤 热激法 有限元法     

微小空气孔传光的光子晶体光纤研究

利用有限元方法对纤芯中心带有一个微小空气孔的光子晶体光纤进行了分析,得到了其模场分布、损耗及色散特性随光纤结构参数及波长的变化规律.根据光的衍射原理及光子晶体光纤的传输特性,对空气孔传光的物理本质进行了解释.得到了微小空气孔低损耗、高强度、单模传输时,光子晶体光纤结构参数及波长的取值范围.设计出了一种优化的光子晶体光纤结构,其模场很好地集中在纤芯微小空气孔中,限制损耗α=5.9×10^-5dB/km,为微小空气孔传光的光子晶体光纤设计及制备提供了理论指导.光在空气孔中高强度、长距离传输,为光与物质相互作用及非线性光纤光学提供了新的条件.     

一种基于结构性改变的光子晶体光纤光栅理论研究

对一种新型基于结构性改变的光子晶体光纤光栅原理进行了研究.采用多极法分析了结构性改变对折射率的影响,得到有效折射率与包层气孔塌缩之间的关系,建立了结构性改变光子晶体光纤光栅模型.利用耦合模理论对所成光栅性能进行了分析,重点研究了包层空气孔层数、空气孔占空比、气孔塌缩程度对光栅谐振波长、带宽的影响.研究结果表明,光子晶体...     

基于空气孔填充的光子晶体光纤与普通单模光纤低损耗耦合研究

提出一种基于空气孔填充的光子晶体光纤与普通单模光纤低损耗耦合方法,并通过光束传播法数值仿真的方式研究了填充物折射率以及填充长度等参数对耦合损耗的影响。结果表明,选择合适的填充参数可以大幅度降低光子晶体光纤与普通单模光纤间的耦合损耗,从而实现光子晶体光纤与普通单模光纤间的低损耗耦合。该方法可适用于多种光子晶体光纤与普通单模光纤之间的低损耗耦合,在光子晶体光纤与普通单模光纤的模场严重失配的情况下,该方法的优势更为明显。     

椭圆空气孔矩形结构光子晶体光纤的高双折射及限制损耗分析

提出了以包层为椭圆空气孔的矩形结构光子晶体光纤,采用有限元法分析了光子晶体光纤的双折射和损耗特性.研究表明:当光子晶体光纤中心缺失两个空气孔,即Λx=1.0μm,Λy=2.0μm时,在1.55μm处双折射可以达到1.98×10-2;在芯区引入小的椭圆空气孔时,双折射与引入椭圆空气孔的大小、长短轴的比例和空气孔的位置有关;芯区引入空气孔后,使光模场发生了形变,同时减少了向包层的泄漏,其损耗相比未引入空气孔小;增加包层的层数,发现包层层数对光纤双折射和损耗几乎没有影响,当包层层数N4时,损耗小于10-3量级.     

Fusion splicing small-core photonic crystal fibers and single-mode fibers by controlled air hole collapse

A method based on controlled air hole collapse for low-loss fusion splicing small-core photonic crystal fibers (PCFs) and single-mode fibers (SMFs) was demonstrated. A taper rig was used to control air hole collapse accurately to enlarge the MFDs of PCFs which was then spliced with SMFs using a fusion splicer. An optimum mode field match at the interface of PCF-SMF was achieved and a low-loss with 0.64 dB was obtained from 3.57 dB for a PCF with 4 μm MFD and a SMF with 10.4 μm MFD experimentally.     

Fusion splicing small-core photonic crystal fibers and single-mode fibers by repeated arc discharges

We demonstrate a novel method for low-loss splicing small-core photonic crystal fibers (PCFs) and single-mode fibers (SMFs) by repeated arc discharges using a conventional fusion splicer. An optimum mode field match at the interface of PCF-SMF and an adiabatic mode field variation in the longitudinal direction of the small-core PCF can be achieved by repeated arc discharges applied over the splicing joint to gradually collapse the air holes of the small-core PCF. This method is simple and offers a practical solution for light coupling between small-core PCFs and SMFs.     

Structural long-period gratings in photonic crystal fibers

We report what is believed to be the first example of structural long-period gratings written in pure silica photonic crystal fibers (PCFs). The gratings are realized by periodic collapse of the holes of the PCF by heat treatment with a CO(2) laser. The resulting periodic hole-size perturbation produces core-to-cladding-mode conversion. These results can lead to a new family of structural all-fiber devices that use the unique properties of PCFs.     

Hydrophobic photonic crystal fibers

We propose and demonstrate hydrophobic photonic crystal fibers (PCFs). A chemical surface treatment for making PCFs hydrophobic is introduced. This repels water from the holes of PCFs, so that their optical properties remain unchanged even when they are immersed in water. The combination of a hollow core and a water-repellent inner surface of the hydrophobic PCF provides an ultracompact dissolved-gas sensor element, which is demonstrated for the sensing of dissolved ammonia gas.     

Numerical analyses of splice losses of photonic crystal fibers

Splice losses between a photonic crystal fiber (PCF) and a single mode fiber (SMF) or a PCF are numerically investigated by using finite element method (FEM) with the circular perfectly matched layer (PML). Results show that the splice loss between a SMF and a PCF with air holes completely collapsed can reach many times of that between a SMF and a PCF without air-hole collapse. We calculate the rotation losses between two identical PCFs of three kinds: large mode area, polarization maintaining and grapefruit. It is shown that for the large mode area PCF and the grapefruit PCF, the rotation losses are sensitive to the wavelength when the rotation angle is larger than zero degree. The non-circular mode field distribution is the main source of the rotation loss.     

Photonic crystal fiber with a flattened fundamental mode for the fiber lasers

The 1-hole-missing and 7-hole-missing photonic crystal fibers (PCFs) with flattened fundamental modes (FMs) are proposed by introducing a layer of up-doped silica into the core of the PCFs. The transverse mode competitions are compared between the 7-hole-missing PCF lasers with and without flattened-FMs. The numerical results show that the flattened-FM PCF lasers can support the single transverse mode operation, even for a large value of the ratio of air hole diameter to the spacing between holes (up to 0.53).     

仿真在光子晶体光纤教学中的应用

光子晶体光纤(PCF),为《现代光纤通信技术》的其中一节,因光子晶体光纤包层中空气孔灵活的排列结构使得其呈现出许多在传统光纤中难以实现的特性。为了研究光子晶体光纤的特性,提出了采用数值软件仿真的实验教学模式,实践验证了可以在光子晶体光纤教学过程中有效的提高学生综合应用能力。     

基于小圆孔结构纤芯的高双折射光子晶体光纤

为了实现高双折射光子晶体光纤,提出了一种在纤芯中引入微小圆孔的方法.利用全矢量有限元方法和完美匹配层条件研究了基于圆孔微细结构纤芯的光子晶体光纤的双折射特性.讨论了纤芯圆孔数量、孔径、间隔距离对光纤双折射特性的影响;设计了一种双折射达到10－2量级的光子晶体光纤.模拟结果表明采用三个以上圆孔可以获得较大的双折射,增大外包层数目可以有效减小约束损耗.     

Analytical evaluation of bending loss oscillations in photonic crystal fibers

In this paper we present an analytical formula for bending loss oscillations in photonic crystal fibers (PCFs). We follow the approach originally adopted for conventional double-clad fibers and show that it can be applied to PCFs by substituting the structural parameters of the conventional fiber by their PCF counterparts. We then examine the spectral dependence of the critical bending radius and the position of the first order loss peak as a function of structural parameters of the PCF cladding such as the fill factor and the number of hole rings. Finally, we evaluate the precision of the analytical model by comparing the results to finite element calculations for a selection of PCF geometries.     

光子晶体光纤拉制中工艺参数的控制

分析了光子晶体光纤拉制中各工艺参数之间的相互影响,建立了工艺参数与最终光纤结构之间的对应关系.在温度和送料速度的协调控制下,通过调节气压参数可有效控制气孔结构.实验拉制出孔径孔距比分别为0.45和0.8的单模以及高占空比光子晶体光纤.在制备非均匀孔径光子晶体光纤时,仅靠调控工艺参数往往难以拉制出理想结构,本文以一种单偏振单模PCF结构为例,对预制棒结构进行了优化设计.计算表明可由此拉制出满足要求的光子晶体光纤. 关键词： 光子晶体光纤 工艺参数 气压控制 气孔结构