空芯光子晶体光纤表面模损耗控制的研究

本文研究了纤芯结构对空芯光子晶体光纤光子带隙和传输损耗的影响,得到了适合光纤制备工艺的纤芯结构．首先利用平面波展开法计算了一定占空比三角形结构的空芯光子晶体光纤的带隙结构,给出了在传输波长λ=1．55μm时光纤的结构参数值,并模拟了纤芯直径对带隙位置和大小的影响,得出纤芯直径的取值范围,通过分析泄露损耗特性得出纤芯壁厚的取值．然后根据分析结果设计出了光纤端面图,运用全矢量有限元法模拟出在不同纤芯直径的情况下的模场分布,通过对比分析得出光纤的最佳纤芯半径R为1．6以-1．75A．研究结果表明,选择合适的纤芯结构既能满足空芯光子晶体光纤的光子带隙和损耗特征,又可以适当降低光纤制备工艺的难度．     

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.     

混合导引型光子晶体光纤中纤芯折射率相关的导光特性研究

利用全矢量有限元法研究了一种混合导引型光子晶体光纤在纤芯折射率改变时,光纤导光机理和模式的演变特性.当纤芯折射率小于混合包层中空气孔包层的有效折射率时,芯模的导光机理为"双带隙导引型";当纤芯折射率位于空气孔和高折射率两套包层的有效折射率之间时,芯模的导光机理为"单带隙+全内反射导引型";当纤芯折射率大于高折射率棒包层的有效折射率时,芯模的导光机理为"全内反射导引型".并对该光纤在上述三种条件下的导光特性进行了比较和讨论.这些结果对设计特殊用途的光子晶体光纤具有指导意义. 关键词： 混合导引型光子晶体光纤 带隙 模式     

1550nm低损耗单模全固态光子带隙光纤研究

全固态光子带隙光纤由于其独特的带隙和色散特性以及易于和传统光纤熔接的优势,引起了国内外研究人员的广泛关注.本文采用等离子体化学气相沉积工艺结合堆叠拉制法制备了全固态光子带隙光纤,并运用频域有限差分法模拟了其损耗和色散特性.该光纤1550 nm处有较低损耗且单模传输,计算得到1550 nm处的有效模场面积和色散分别为191.81μm2和16.418 ps/(km·nm),在测试范围1500—1650 nm内损耗小于0.15 dB/m.结合实验结果,对光纤参数做了进一步模拟优化.     

光子带隙光纤的可调谐泄漏损耗特性的研究

通过向折射率引导型光子晶体光纤的空气孔中填充可调的高折射率的材料可以获得带隙可调的光子带隙光纤.本文采用矢量平面波展开法与矢量有限元法对可调光子带隙光纤的泄漏损耗特性进行了理论研究.研究表明，这种可调光子带隙光纤的光子带隙效应使其泄漏损耗与填充材料的折射率有很强的依赖关系，同时给出了光子带隙光纤的泄漏损耗和群速度色散与归一化波长的关系.     

全固态光子带隙光纤第1带隙内模场分布特性

利用多极法计算了全固态光子带隙光纤第1带隙内不同波长处的基模模场分布,得到2维归一化光强分布特性.由于该光纤具有三角形(C<,6v>)的对称结构,影响了光纤内的模场分布,为此计算了该结构两个具有代表性的方向上的模场分布,分析了带隙内两个不同的结构方向上的模场分布特性.结果表明.在长波长区域,两个方向上的模场半径并不相等,但都随波长的增加而减小,其变化规律与全内反射导光的光纤不同.     

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     

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.     

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.     

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     

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.     

Scattering loss analysis and structure optimization of hollow-core photonic bandgap fiber

Effects of core structure in 7 cell hollow-core photonic bandgap fibers (HC-PBGFs) on scattering loss are analyzed by means of investigating normalized interface field intensity. Fibers with different core wall thickness, core radius and rounding corner of air hole are simulated. Results show that with thick core wall and expanded core radius, scattering loss could be greatly reduced. The scattering loss of the HC-PBGFs in the wavelength range of 1.5–1.56 μm could be decreased by about 50 % of the present level with optimized core structure design.     

随机光纤激光器中光纤与随机介质匹配问题的研究

降低阈值是随机激光实用化的前提, 随机光纤激光器是将随机增益介质填充到空芯光子晶体光纤中利 用其光子禁带来降低阈值的一种随机激光器. 理论分析表明: 在光子晶体光纤光子禁带的约束下, 随机光纤激光器中的大部分能量被集中在芯区传播, 这使局域在芯区的光与随机介质相互作用得到增强, 激发效率得以提高. 然而, 光纤填充介质后, 纤芯等效折射率发生了改变, 光子带隙也会随之移动, 因此当选用带隙光纤来降低阈值时, 只考虑光纤本身的带隙是不够的, 应考虑到介质的增益频率和填充后的光子带隙之间的匹配问题, 合理选择光纤或介质的材料, 如果匹配得当, 光子禁带对激光的调控能力会更强, 激光阈值有望得到更大程度的降低. 关键词： 随机激光 光子晶体光纤 光子禁带 阈值     

宽绝对禁带的一维磁性光子晶体结构

提出了一种具有宽绝对禁带的一维磁性光子晶体结构,该结构由相同的折射率和物理厚度以及不同的波阻抗的两种磁性材料交替组合而成.通过传输矩阵法分析可得,相比于非磁性光子晶体,该光子晶体的禁带对入射角和偏振都不敏感,从而具有更宽的绝对禁带.合适地调节两种磁性材料的参数,增加两者波阻抗的差值,该光子晶体的绝对禁带宽度也相应地增加;调节两种磁性材料的物理厚度,其绝对禁带中心也会随之调整;最后,将两个满足上述条件的一维磁性光子晶体组成异质结构,其第一禁带宽度与禁带中心之间的比值可达到1.41以上.     

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。     

Low loss broadband transmission in hypocycloid-core Kagome hollow-core photonic crystal fiber

We report on the fabrication of a seven-cell-core and three-ring-cladding large-pitch Kagome-lattice hollow-core photonic crystal fiber (HC-PCF) with a hypocycloid-shaped core structure. We demonstrate experimentally and theoretically that the design of this core shape enhances the coupling inhibition between the core and cladding modes and offers optical attenuation with a baseline of ～180?dB/km over a transmission bandwidth larger than 200?THz. This loss figure rivals the state-of-the-art photonic bandgap HC-PCF while offering an approximately three times larger bandwidth and larger mode areas. Also, it beats the conventional circular-core-shaped Kagome HC-PCF in terms of the loss. The development of this novel (to our knowledge) HC-PCF has potential for a number of applications in which the combination of a large optical bandwidth and a low loss is a prerequisite.     

单模低损耗光子晶体光纤的设计及特性分析

设计了几种特殊结构的带隙光子晶体光纤,采用平面波展开法和频域有限差分方法研究了基于不同结构光子晶体光纤的带、模式、色散和色散斜率。由平面波展开法和频域有限差分方法求解麦克斯韦方程组导出本征值方程,可以得到带隙光子晶体光纤中可能存在的不同模式的传播常数、电场分布、本征频率和磁场分布。分别给出了第二圈填充率取三种不同值时带、模式、色散和色散斜率的变化。结果表明,当第二圈填充率改变时其特性有明显的变化。随着填充率从0．75减小到0．45,其二阶模分裂成两个类LP01模,可降低损耗。计算结果对单模和低损耗的光子晶体光纤的设计有参考价值。     

All-solid photonic bandgap fiber

We describe the design and fabrication of a photonic bandgap fiber formed with two different glasses. As in a hollow-core fiber, light is guided in a low-index core region because of the antiresonances of the high-index strands in the fiber cladding. The structure described represents an ideal bandgap fiber that exhibits no interface modes and guides over the full width of multiple bandgaps.