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     

一种新型的多包层光子晶体光纤的分析方法

传统有效折射率方法只能模拟具有相同空气孔大小的单包层光子晶体光纤.针对这一问题,提出了一种改进的有效折射率法,能够计算具有不同孔径的多包层光子晶体光纤的传输特性.并用此方法对三包层光子晶体光纤的基模有效折射率和色散等特性进行了数值模拟,结果与多极法模拟出的结果符合得很好.这种改进的有效折射率法拓展了传统有效折射率法的适用范围,对快速准确地分析和设计具有不同传输特性的多包层光子晶体光纤提供了理论依据. 关键词： 光子晶体光纤 多包层 有效折射率方法 色散     

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.     

光子晶体光纤的弯曲损耗振荡特性分析

综合运用弯曲光纤的等效直光纤模型、全矢量频域有限差分法及各向异性完全匹配层吸收边界,计算了两种类型(折射率引导型和带隙型)光子晶体光纤(PCF)的弯曲损耗.通过数值模拟弯曲损耗随弯曲半径的变化关系,证实了两种光子晶体光纤均具有弯曲损耗振荡特性.进而分析了两种光子晶体光纤弯曲损耗振荡的产生机理并给出了与损耗峰对应的包层模式.结果表明,振荡的产生源于基模与包层模式的耦合,其中,折射率引导型光子晶体光纤的弯曲损耗振荡机理类似于传统双包层光纤,带隙型光子晶体光纤弯曲损耗振荡的产生则是两种不同类型的包层模式共同作用的结果.     

基于空气孔微结构光纤的表面等离子体共振折射率传感器北大核心CSCD

提出了一种基于表面等离子体共振(SPR)效应增强的光子晶体光纤折射率传感器。该传感器结构通过光纤熔接机拼接光子晶体光纤(PCF),在光子晶体光纤中间引入一个空气孔形成PCF-空气孔-PCF的光纤传感结构,随后使用磁控溅射镀膜工艺在其表面沉积一层薄金膜制备而成。实验探究了折射率及温度对传感器的响应。结果表明,在1.333~1.389的折射率范围内,所提出的传感器的平均折射率灵敏度为2 142.52 nm,且测量线性度为0.981,品质因子约13.10。实验结果表明该传感器对温度不敏感。相比于无空气孔的PCF传感结构,引入的空气孔增强了SPR效应,使得传感器拥有良好的共振峰深度。得益于上述优势,该类型传感器有望在生物医学、环境监测等领域得到应用。     

基于表面等离子体共振和定向耦合的D形光子晶体光纤折射率和温度传感器

利用光子晶体光纤结构的灵活性和性能的优越性, 设计了一种基于D形光子晶体光纤的折射率和温度传感器. 在D形光子晶体光纤表面抛磨并镀上金纳米薄膜, 作为表面等离子体共振传感通道用来测量液体折射率; 在包层的一个空气孔中填充温敏液体甲苯, 作为定向耦合通道实现对温度的测量. 进一步的数值计算发现, 基于定向耦合效应的温度传感和基于表面等离子体共振的折射率传感相互独立, D形光子晶体光纤同时进行折射率和温度传感检测. 在各向异性的完美匹配层边界条件下利用全矢量有限元法对该传感器特性进行了数值研究, 发现D形光子晶体光纤的空气孔直径决定了定向耦合吸收峰的中心波长和温度传感的灵敏度, 金薄膜的厚度和D形结构的抛磨深度仅影响表面等离子体共振峰的相对强度. 结果表明: 该传感器在-10–80 ℃的温度范围内具有11.6 nm/℃的温度灵敏度, 在1.34–1.44折射率范围内折射率灵敏度最高可达26000 nm/RIU.     

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...     

低损耗高双折射太赫兹Topas光子带隙光纤

以太赫兹低损耗聚合物材料Topas环烯烃共聚物为基材,设计了一种带隙型光子晶体光纤.光纤由三角形排列的圆角正六边形空气孔构成包层,缺失四个近邻空气孔构成近菱形的二重对称空气芯.采用有限元法分析了该光纤在太赫兹波段的传输特性.结果表明:在1.5THz附近约0.3THz的宽频范围内存在光子带隙,光纤可以基于光子带隙效应将太赫兹波束缚在空气芯中传输.在1.4~1.6THz范围内具有10-3数量级的高双折射;x偏振基模和y偏振基模的损耗都小于0.1cm-1,分别在1.53THz和1.5THz处达到最小值0.029 1cm-1和0.028 7cm-1.所设计的太赫兹Topas光子带隙光纤具备结构简单、易制备、直径小而易弯曲的特点.     

光子晶体光纤带隙及模场的一种综合模拟分析方法

提出直接由MATLAB读入光纤端面图实现复杂结构光子晶体光纤(PCF)模型的快速建立,并综合平面波法(PWM)和频域有限差分(FDFD)法,模拟分析带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)的带隙和模场分布.利用PWM计算得到了在PBG-PCF中传输的光波频率及模式有效折射率范围;基于FDFD法在给定波长及模式有效折射率范围情况下,模拟得到了PBG-PCF中可能存在的模场分布及其他特性.以市售的PBG-PCF为例,验证了数值模拟的正确性,随后系统地分析了结构参数(晶格结构、"原子"占有率、背景材料折射率及"原子 关键词： 光子晶体光纤(PCF) 光子带隙(PBG) 平面波法(PWM) 频域有限差分法(FDFD)     

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     

Analysis of gas flow dynamics in hollow core photonic crystal fibre based gas cell

Gas flow dynamics in hollow core photonic crystal fibre (HC-PCF) is a trivial problem to study the gas filling time in HC-PCF gas sensor and other gas filled HC-PCF devices. This article analyzes the pressure dependence of gas diffusion coefficient in core and cladding holes of HC-PCF under the same condition of temperature and pressure during filling of methane and acetylene gas. An analytical model has been proposed to study the gas flow dynamics in core and cladding of HC-PCF. Due to gas filling, as the pressure varies inside the HC-PCF, at each increment of time, this model computes the change in pressure and respective gas diffusion coefficient. Using incremental gas diffusion coefficient, this model computes the gas filling time in a process similar to practical scenario. The gas filling time inside the core and cladding holes of HC-PCF for both methane and acetylene gas has been analyzed in this article. The results obtained can be utilized for HC-PCF based gas cell design.     

Hollow-core photonic crystal fiber based multifunctional optical system for trapping, position sensing, and detection of fluorescent particles

We demonstrate a novel multifunctional optical system that is capable of trapping, imaging, position sensing, and fluorescence detection of micrometer-sized fluorescent test particles using hollow-core photonic crystal fiber (HC-PCF). This multifunctional optical system for trapping, position sensing, and fluorescent detection is designed such that a near-IR laser light is used to create an optical trap across a liquid-filled HC-PCF, and a 473 nm laser is employed as a source for fluorescence excitation. This proposed system and the obtained results are expected to significantly enable an efficient integrated trapping platform employing HC-PCF for diagnostic biomedical applications.     

双包层多芯光子晶体光纤自相干合成的数值分析与实验

依据耦合模理论分析了双包层多芯光子晶体光纤的超模模场特性,通过倏逝波对7束光的相位调节,可实现相干合成,激光亮度得到很大提高.利用相干合成原理对双包层多芯光子晶体光纤的出射光相干功率密度进行了分析与测量,对此种结构的光子晶体光纤实现自相干合成提出了理论和实验依据.     

光子晶体光纤包层可见光及红外宽带色散波产生

对光子晶体光纤包层3个空气孔之间节区的传光特性进行了分析, 对比了纤芯与包层节区传光的模场面积、非线性系数及色散特性, 得到光子晶体光纤包层节区具有小芯、高非线性的特点.在包层空气孔较大的情况下, 得到了双零色散曲线.根据色散曲线, 分析了色散波产生的相位匹配特性, 得到了色散波中心波长随抽运波长及功率的变化规律.制备出了所设计的光子晶体光纤, 实验得到了在可见光及红外大于300 nm的宽带色散波, 并给出了色散波随抽运波长及功率的变化规律.实验和理论分析结果一致, 为波长变换及超连续宽带光源的研究奠定了基础. 关键词： 光子晶体光纤 色散波 相位匹配 非线性     

High sensitivity dual core photonic crystal fiber sensor for simultaneous detection of two samples

The optical control ability of photonic crystal fiber (PCF) is a distinctive property suitable for improving sensing and plasma performance. This article proposes a dual-core D-channel PCF sensor that can detect two samples simultaneously, which effectively solves the problems of coating difficulty and low wavelength sensitivity. The PCF has four layers of air holes, which dramatically reduces the optical fiber loss and is more conducive to the application of sensors in actual production. In addition, by introducing dual cores on the upper and lower sides of the central air hole, reducing the spacing between the core and the gold nanolayer, a stronger evanescent field can be generated in the cladding air hole. The optical fiber sensor can detect the refractive index of two samples simultaneously with a maximum sensitivity of 21300 nm/RIU. To the best of our knowledge, the sensitivity achieved in this work is the highest sensitivity with the dual sample synchronous detection sensors. The detection range of the refraction index is 1.35-1.41, and the resolution of the sensor is 4.695×10^-6. Overall, the sensor will be suitable for medical detection, organic chemical sensing, analyte detection, and other fields.     

多孔芯光子晶体光纤及其偏振特性

强激光与气体的长距离相互作用能产生许多新奇的物理效应,而自由空间光束的自聚焦、衍射、散射等问题限制了该科技领域的发展。本文提出了一种新型多孔芯光子晶体光纤,纤芯亚波长、低折射率空气孔可以传光,具有宽带、低损耗、单模传输特性。利用倏逝波耦合效应,研究了纤芯亚波长空气孔束缚光的原理。根据光波传输的电磁场理论,分析了低折射率空气孔中的光强增大效应。强光在空气孔中长距离传输,为光与物质的相互作用提供了新条件,可以用于气体传感、非线性光学、高集成光子技术、原子操控等。由于纤芯空气孔可以传光,改变空气孔的大小,直接影响模场分布,进而可以获得很高的结构双折射。通过光纤结构参数的合理设计,分别获得了B=4×10^-2的高双折射、纤芯直径5 μm的大模场高双折射、大模面积单偏振单模特性,在光纤偏振器、光纤滤波器、光开关及光纤传感等领域有广泛的应用前景,为新型光场调控提供了新方法。     

Calculation of optical properties of hollow-core photonic crystal fibers

We propose a method for calculation of the bandgaps in the cladding of hollow-core photonic crystal fibers, based on the Floquet theorem. The effectiveness of the approach is confirmed by estimates of the effect of the number of air channels in the cladding on attenuation of the fiber modes due to mode energy leakage from the core. We have studied the conditions for the existence of eigenmodes in the indicated fibers. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 76, No. 2, pp. 311–320, March–April, 2009.     

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.