光子晶体光纤

近几年来，光纤家族又增添了一个新的成员——光子晶体光纤。该光纤对于传统意义的光纤而言，其传输机理有着本质上的差别，因而无论是在通信领域还是在光纤传感领域，都引起了人们极大的兴趣。并被誉为下一代光纤。具有微观结构是光子晶体光纤的主要特点。按照传光机理，通常将光子晶体光纤分为两类：全内反射效应型和光子带隙效应型。本文简要的介绍并讨论了这两种光子晶体光纤有别于谱通光纤的基本特性。     

液芯高双折射率光子晶体光纤的特性研究

设计了一种纤芯区域由中心椭圆缺陷孔和其横排的上下两侧椭圆孔组成的高双折射率光子晶体光纤,并在其纤芯中心椭圆缺陷孔中填充高折射率液体物质二硫化碳.利用有限元法分析了该光子晶体光纤的双折射率、功率限制因子、模场分布及色散系数特性.研究结果表明:液芯光纤具有较高的纤芯功率限制因子,在波长0.6~1.6μm范围内实现了宽带大负色散系数,在波长1.55μm处光纤双折射率达到了6.8×10-2,即该结构液芯光子晶体光纤同时实现了宽带大负色散和高双折射率特性.通过结构参量容差性分析得到该光纤具有较好的偏振稳定性.     

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。     

等效折射率模型研究光子晶体光纤的色散特性

应用等效折射率模型对折射率导模光子晶体光纤的群速度色散特性进行了详细的讨论。由于光子晶体光纤由单一材料(SiO2)制成,光纤的波导色散决定了总色散,因此讨论中将群速度色散分解为波导色散和材料色散,研究了波导色散与光子晶体光纤的结构参量孔距∧、相对孔径f的关系。分析表明,在f一定的情况下,光子晶体光纤的波导色散与孔距∧的关系符合麦克斯韦方程的比例性质;而在孔距∧确定的情况下,光子晶体光纤的波导色散的零点、极小值点位置与f在所讨论的波长范围内存在线性关系。最后举例说明了通过调整光子晶体光纤的结构参量,可以灵活地设计其色散特性。     

光子晶体光纤带隙特性的研究

应用平面波展开法数值模拟得到了光子晶体光纤带隙特性,为光子晶体光纤器件的开发提供了理论依据。     

光子晶体光纤的基模分析

简化了光子晶体光纤的模式计算公式，计算了六角晶格光子晶体光纤的色散关系，对不同空气柱半径的色散作了比较，发现随着空气柱半径的增加，模式折射率变小，波导模式色散的零色散点向长波方向移动。     

高功率光纤激光器全内反射型大模场光子晶体光纤设计

在高功率密度下产生的非线性效应和材料损伤等问题限制了光纤激光器输出功率的进一步提高。利用大模场光纤降低光纤能量密度,提高非线性阈值是一种最为直接和有效的手段。以空气孔尺寸为光波长量级的全内反射型光子晶体光纤为对象,采用等效折射率模型分析了光子晶体光纤的单模特性,利用有限元法分析了结构参数对光子晶体光纤的模场面积和色散等光束质量参数的影响。设计了一种工作波长为0.40~1.55 m,模场面积为112.74~258.87 m2,且在1.27 m附近可补偿色散的大模场光子晶体光纤。该研究可为高功率光纤激光器大模场光纤的进一步参数优化设计及元件加工提供重要参考。     

一种新型的基于四孔单元光子晶体光纤的设计与分析

设计了一种基于四孔单元的光子晶体光纤,它可以满足光通信系统中高双折射率、负色散和低限制损耗的要求,比起通常的三角结构光纤有着更高的双折射率,并且结构制作也较简单。采用全矢量有限元法和各项异性完美匹配层法对所设计的光纤进行了仿真研究。仿真结果表明:该光纤在1.55μm波长处可获得10~(-2)数量级的双折射率,在较宽广的波段范围具有大的负色散,限制损耗低于10~(-9)dB/m;该光纤在保偏光纤、单极化单模光纤、色散补偿光纤等方面具有重要的应用。     

全内反射型大模式面积光子晶体光纤设计

利用平面波展开法对全内反射型光子晶体光纤的模场分布进行了理论分析和数值模拟,发现通过改变光纤包层结构能够改变模场分布和色散特性,并且利用其特有的"无截止单模"特性,设计了大模式面积光子晶体光纤     

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.     

空心光子晶体光纤

利用传输常数来认识空心光子晶体光纤的导光机制,并介绍了一种新型全方向波导光纤,最后报道空心光子晶体光纤应用研究的一些进展。     

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。     

一种高双折射光子晶体光纤的模式特性分析

应用全矢量频域有限差分法,分析了所提出的一种高双折射光子晶体光纤的模式截止、损耗、模场半径及数值孔径等特性.数值模拟结果表明,通过设置合适的结构参量,可使这种高双折射光子晶体光纤在保持模式双折射为10-3量级的前提下,能够在600～1800 nm波长范围内保持单模传输,并且限制损耗可低于10-4dB/m量级,同时还可以获得较大的数值孔径,因而聚光能力增强,此外,通过采用高斯曲线拟合基模的模场分布,得到的模场半径与实际模场半径吻合得很好.     

光子晶体波导定向耦合器

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后，就形成了光子晶体波导；将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体波导耦合研究，计算了不同耦合长度情形下的波导各个出口处的透过率，结果表明：光子晶体波导耦合遵循普通介质波导耦合的一般规律，也有定向耦合的功能。进一步的研究表明：对于不同的频率，光子晶体定向耦合器耦合系数是不同的，并且耦合系数和对应的频率之间近似直线关系。     

太赫兹正六边形光子晶体光纤的液体传感

设计了一种分别填充水、酒精和苯炔等边三角形空气孔纤芯、包层空气孔排列为正六边形结构、以环烯烃共聚物作为基底材料的光子晶体光纤,利用有限元法模拟了0.3~1.5 THz频带内的液体传感特性。结果表明,设计的光子晶体光纤的灵敏度系数很高,当纤芯空气孔直径d₁=2.4 μm、包层空气填充比为0.3时,苯炔在频率0.3 THz的相对灵敏性系数最高为37.63%,在1.5 THz,限制损耗的数量级可以降至10^-7。     

Dispersion-Flattened Modified Hexagonal Photonic Crystal Fibers with Low Confinement Loss

This paper presents dispersion-flattened modified hexagonal photonic crystal fibers (MH-PCFs) with extremely low confinement loss. The finite difference method (FDM) with an anisotropic perfectly matched boundary layer (PML) is used to investigate the chromatic dispersion and confinement properties. It is demonstrated that it is possible to obtain an ultra-flattened dispersion of 0 ± 0:41 ps/(nm·km) in the wavelength range of 1.35–1.65 mm and an extremely low confinement loss of less than 10⁻⁴ dB/km from a four-ring MH-PCF. Effective single-mode operation of the MH-PCF is confirmed for the entire band of interest.     

光子晶体光纤的耦合分析

利用等效折射率模型对光子晶体光纤与普通单模光纤的耦合情况进行了分析,并用有限元分析模型对等效折射率法得到的模场半径随着跨距的增大而增大的模场特性进行了验证,得到了当光子晶体光纤的填充比固定时,随着跨距的增大,耦合损耗会随之减小到最小值,然后又再度增大这一结论.并通过合理地选择光子晶体光纤的填充比以及跨距来提高耦合效率.     

Dispersion and Confinement Loss Control in Modified Hexagonal Photonic Crystal Fibers

This paper presents a novel technique for the control of chromatic dispersion and confinement loss in hexagonal photonic crystal fibers (H-PCFs). It is demonstrated that it is possible to obtain very low chromatic dispersion of 0 ± 0:38 ps/(nm·km) in the wavelength range of 1.41 to 1.66 μm and confinement loss of less than 0.0001 dB/km from a six ring modified H-PCF (MH-PCF). The higher order dispersion at 1.55 μm is about −0.001 ps/(nm²-km).     

一种高双折射光子晶体光纤模场和偏振特性的研究

采用平面波展开法分析一种填入了聚甲基丙稀酸甲酯并引入大空气孔的高双折射光子晶体光纤的模场和偏振特性,并研究其结构参数变化对偏振特性的影响。研究表明这种高双折射光纤的基模模场具有较强的线偏振特性,模式双折射比普通光子晶体保偏光纤有较大提高。研究结果为光子晶体保偏光纤的开发制作提供了理论基础。