基于正方形格子的空芯光子带隙光纤的模式特性和泄漏损耗

利用全矢量有限元法计算和分析了基于正方形格子的空芯光子带隙光纤的模式特性和泄漏损耗.通过分析发现,圆正方形空气孔按正方形格子排列的空芯光子带隙光纤可以实现宽带和有效的单模运转.随后对正方形格子空芯光子带隙光纤的泄漏损耗进行了全面分析,通过分析发现纤芯直径和包层空气孔间距的变化对泄漏损耗的影响较小,但可以通过调节包层空气孔间距来实现给定的波长具有最小的泄露损耗;圆化直径对泄漏损耗的影响较前两个因素要大,且存在一个最佳的圆化直径即d_c/d=0.4;包层空气孔的 关键词： 空芯光子带隙光纤 全矢量有限元法 正方形格子 泄露损耗     

传输可见光的空芯光子带隙光纤的研究

利用全矢量平面波展开法(FVPWM)对采用改进的两次堆积法制备的空芯光子带隙光纤进行了数值模拟.在特定传播常数β下,光纤在500—1000 nm的波段内出现多条宽窄不同的有效光子带隙.依据有效折射率的不同,部分带隙中的空气-导模将以不同的形式存在.经过实验测试,发现测得的带隙位置相对于模拟结果向短波段发生了较明显的移动,主要原因被认为是光纤结构的纵向不均匀性和包层节点处间隙孔的存在. 关键词： 空芯光子带隙光纤 全矢量平面波展开法 有效光子带隙 空气-导模     

空芯光子晶体光纤光子带隙的测量与数值模拟

用全矢量平面波法计算三角结构光子晶体光纤的带隙. 用透射法测量了自制的空芯光子晶体光纤的透射谱,得到了它在可见光波段透射强度与波长的关系,并在随后的实验中观测到了传光的模场图.通过理论模拟了实验所用的空芯光子晶体光纤的带隙图,与实验结果具有较好的一致性. 关键词： 空芯光子晶体光纤 光子带隙 全矢量平面波法 透射     

Kagome结构空芯光子晶体光纤纤芯参数对传输特性的影响

应用全矢量有限元方法,研究大间距Kagome结构空芯光子晶体光纤中纤芯的大小、形状与壁厚对光纤传输损耗谱的影响。结果表明,某些纤芯尺寸会造成包层中的结构缺陷,易使纤芯基模、表面模及包层模之间发生能量耦合,产生较大损耗。而纤芯形状与壁厚的改变会引起表面模式的变化,从而影响发生在基模与表面模之间反向耦合的位置和强度,使光纤传输频带变窄和损耗变大。据此,提出Kagome结构光纤的纤芯设计思路,即纤芯的大小应使包层保持完整的微结构,纤芯形状应与包层中的单元微结构相楔合,纤芯壁厚应与包层中玻璃支柱的宽度相同。     

空芯带隙型光子晶体光纤整体空气孔包层导光特性研究

 传统光纤包层中仅存在泄漏的倏逝波,能量较小,不利于包层传感的应用。增大包层中的能量,实现整体包层导光是提高光纤传感灵敏度的有效途径。从理论上分析了利用空芯带隙型光子晶体光纤(HC-PCF)包层进行导光的机理。在实验上选用带隙外的冷光源和激光对一种典型结构的HC-PCF进行了空气孔包层的导光实验,并利用折射率引导型光子晶体光纤和单模光纤进行对比实验。结果表明,带隙范围外光波在HC-PCF中传输时将不受禁带效应的约束泄露至包层中重新分布。包层中SiO2与空气孔的周期型结构将光波约束在高折射率介质中,实现HC-PCF整体空气孔包层中光波的稳定传输。PBG-PCF包层的整体导光在传感上有提高灵敏度的潜在价值。     

空芯光子带隙光纤中的表面模共振耦合效应及高温传感特性

提出并研究了空芯光子带隙光纤中表面模共振耦合效应和高温传感特性.实验上观测到光子带隙光纤中的表面模耦合效应,理论上诠释了该效应的产生原理.通过表面模耦合效应,对在光纤透射光谱中形成的多个共振峰进行温度和应变传感实验,观察到独特的温度和应变传感特性:共振峰在20～150℃之间低温不敏感,在150～260℃之间高温强度敏感...     

4.3μm低损耗硫系空芯光子带隙光纤结构设计及性能研究

运用平面波展开法分析As2S3、Ge20Se65Sb15和As2Se3硫系玻璃光纤在不同空气填充率下的带隙分布图,分析结果表明三种材料在空气填充率提高到0.75时,光子带隙与空气线均出现交汇模式,且带隙宽度大,纤芯空气孔中适宜进行激光传输.运用有限元法分析不同纤芯孔直径的Ge20Se65Sb15硫系玻璃空芯光子带隙光纤的基模限制损耗和有效模场面积,结果表明纤芯直径9.2μm时限制损耗最低,模场面积较小.通过优化光纤的结构参量,适合于4.3μm波长处高功率中红外激光传输的空芯光子带隙光纤,其限制损耗为0.00472dB/m,有效模场面积为58.046μm2.     

基于微光学结构的空芯光子带隙光纤环形谐振腔研究

光纤环形谐振腔是构成谐振式光纤陀螺的核心部件.提出了一种基于微光学结构的空芯光子带隙光纤环形谐振腔.建立了这种谐振腔的归一化传递函数模型,并且仿真分析了微光学结构参数与谐振腔特性和陀螺的极限灵敏度的关系.研制出基于微光学结构的空芯光子带隙光纤谐振腔的实验样品,完成了样品性能测试,在此基础上提出了下一步优化方案.研究结果为未来进一步研究基于微光学结构的谐振式空芯光子带隙光纤陀螺提供了理论和实验依据.     

带隙型光子晶体光纤微观弯曲传输损耗特性分析

空芯光子晶体光纤由于独特的结构,具有不同于传统光纤在弯曲状态下的光传输特性。对空芯带隙型光子晶体光纤的微观弯曲损耗特性进行研究,利用改进型微弯器使光纤获得不同外力和弯曲条件下的响应,测量其传输谱。实验上分析了波长、压力、微弯振幅和微弯周期等因素对于光纤传输损耗的影响,利用模式理论分析给出了微弯损耗产生的原因。结果表明,带隙型光子晶体光纤的抗微弯能力强,由于表面模式的存在,在1520～1620nm波段内光纤微弯损耗随波长的增加而增大。带隙型光子晶体光纤的弯曲损耗随微弯振幅增大而增大,并且在一定范围内损耗随微弯空间周期的增加而增大,但当微弯周期超过一定的临界值时其损耗随之减小;微弯状态下光纤的表面模式、包层模式与损耗密切相关。     

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。     

Zero dispersion wavelength and dispersion slope control of hollow-core photonic bandgap fibres

This paper investigates the zero dispersion wavelength and dispersion slope control of hollow-core photonic bandgap fibres (PBGFs) by using a full-vector finite element method. By simulation we found that theoretically the zero dispersion wavelength can be tailored by respectively changing the rounded diameter of air holes, pitch, refractive index, normalized thickness of core rings, and hole diameter to pitch ratio. At the same time the tailoring of dispersion slope can also be realized by changing the rounded diameter of air holes or pitch or normalized thickness of core rings. To illustrate the reasonability of fibre designs, this paper also gives the variance of normalized interface field intensity which measures the scattering loss relatively versus wavelength for different designs. From the viewpoint of loss, varying the rounded diameter and the thickness of core ring could shift zero wavelength but it is difficult to get the required parameters within so tiny range in practical drawing of PBGFs, on the other hand, it is possible in practice to respectively alter the pitch and refractive index to shift zero wavelength. But varying hole diameter to pitch ratio is not worthwhile because they each induce large increase of loss and narrowness of transmission bandwidth. The zero dispersion wavelength can be engineered by respectively varying the rounded diameter of air holes, pitch, refractive index, and normalized thickness of core rings without incurring large loss penalties.     

准光子晶体光纤的色散特性

设计了几种在较宽的通信区域色散平坦的准光子晶体光纤(PQF),借助于全矢量有限元法,分别研究了基于双包层结构的2种准晶格光子晶体光纤的色散特性。数值模拟结果指出:对于PQF₁,通过合理选择结构的参数,在光通信窗口1.45~1.65μm的范围内准光子晶体光纤的色散数值可以控制在-2.41±0.28ps/(km·nm)。小幅度增大孔间距,可在1.350~1.736μm的较宽波长范围内得到一条近零平坦色散曲线,其色散值|D|可以控制在1ps/(km·nm)左右,达到-0.45~0.57ps/(km·nm)。对于PQF₂,在1.45~1.68μm的范围内其色散值可以控制在4.795±0.355ps/(km·nm)。     

高折射率椭圆芯布拉格光纤的偏振特性

应用带完全匹配层边界条件的全矢量有限元方法,分析了高折射率椭圆芯布拉格光纤的偏振特性,详细讨论了光纤结构参量对模式双折射度以及群速度走离的影响,结果发现:高折射率椭圆芯布拉格光纤的模式双折射度可达10-2量级,比传统保偏光纤至少高出一个量级,并且表现出不同于传统保偏光纤的群速度走离特性;在保持较高双折射度的同时,通过合理的结构设计,可在一定的波长处灵活地获得较大的群速度走离或零走离特性,具有重要的潜在应用价值;最后,简要分析了低折射率区域的折射率变化对偏振特性的影响;研究结果有助于设计高性能的微结构保偏光纤。     

Effect of single point defect on the confinement losses of air-guiding photonic bandgap fibers

The confinement losses in air-guiding photonic bandgap fibers (PBGFs) with air hole missing are studied with full-vector finite-element method. It is confirmed that there are two loss peaks (1.555 and 1.598 μm), if there is a hole missing in the cladding far from the core. The closer to the core the hole missing is, the larger the confinement losses are, even no mode could propagate in the core. The main power of the fundamental mode leaks from the core to the cladding defect. The quality of PBGFs can be improved through controlling the number and position of defects.     

Numerical Study on Bragg Fibers for Infrared Applications

The photonic band structure, waveguiding mechanism, mode field distribution, leakage loss, and material loss of Bragg fiber are studied by the full vectorial plane wave expansion method and the transfer matrix method. Systematical study has shown the distinctive properties of Bragg fiber and the similarity between Bragg fiber and hollow metallic waveguide, demonstrating the feasibility of Bragg fiber to work in a low loss, single mode manner. Furthermore, a comparison between the band structures calculated by plane wave expansion method and by transfer matrix method is conducted to show the practicability to treat Bragg fibers electromagnetic behavior in a Bloch theorem approach, verifying the photonic bandgap concept for the analysis of Bragg fiber.     

热可调液晶填充微结构聚合物光纤设计及特性分析

通过在微结构聚合物光纤(mPOF)的包层空气孔中填充液晶材料获得了高度热可调的带隙型mPOF. 带隙随温度的增加发生显著的蓝移, 带隙上边界的温度灵敏度可达-5.5 nm/℃. 采用全矢量有限元方法对模场特性以及基模有效模场面积的分析结果表明, 该填充液晶的mPOF在带隙的中心波长附近具有大的有效模场面积, 和相同结构未填充液晶的mPOF连接时具有较高的功率耦合效率. 研究结论为mPOF在温度传感领域的应用及各种可调光纤器件的制备提供了理论参考.     

基于高折射率断环结构的全固光子带隙光纤的设计

设计了基于断环结构的全固光子带隙光纤,其背景材料为熔石英而断环结构由若干掺杂的高折射率介质柱构成.基于平面波展开法计算得到的态密度图和Bloch模场分布表明,该种光纤中的一个高阶带隙可以得到调节并被极大展宽,带隙调节的基本原理是断环可以同时控制包层介质柱的线偏振模式的角向和径向模式阶数.研究表明,断环中的介质柱数目决定了受影响最小的一组线偏振模式的最高角向阶数,而带隙宽度受介质柱尺寸影响很大.这一宽的高阶带隙可以用来设计带隙中心分别在800和1550 nm、带宽分别为488和944 nm的全固光子带隙光纤 关键词： 全固光子带隙光纤 光子带隙 光纤设计 平面波展开法