折射率导模高双折射光子晶体光纤

与传统光纤相比,光子晶体光纤芯区与包层之间具有更高的折射率差,并且制作过程中可以灵活地制造各种对称与非对称结构,这为在光子晶体光纤中实现高双折射提供了可能。应用全矢量模型分析一种折射率导模高双折射光子晶体光纤,其包层采用两种尺寸的空气孔,使该光纤具有二重旋转对称性,原来简并的两个正交偏振模不再简并,呈现出较高的双折射,模式双折射比普通的保偏光纤高至少一个量级。分析结果表明,在波长1540nm,其拍长可达0．4067mm。理论分析结果与实验测量结果相吻合。     

光子晶体光纤布拉格光栅传输谱特性的分析

研究光子晶体光纤中光纤光栅的传输谱特性对于研制基于光子晶体光纤的光纤光栅器件有着重要的意义。结合耦合模理论和光束传输相关函数方法,对一种典型光子晶体光纤中的布拉格光栅(FBG)传输谱进行了理论分析。比较了光子晶体光纤中布拉格光栅与常规布拉格光栅的传输谱。数值分析了光纤截面结构变化对于光栅传输谱的影响,并给出这种影响的定性解释。计算结果显示,与常规光纤光栅相比,包层模共振引起的损耗峰与正反向纤芯模耦合引起的损耗峰可以相比拟,而包层模共振的间隔也比常规光纤中光纤光栅的包层模共振间隔要大。同时给出了晶体光纤截面上空气孔的占空比,空气孔的排布层数对于传输谱影响的规律。     

高双折射光子晶体光纤中均匀布拉格光栅的特性

研究了具有高双折射的光子晶体光纤(HB PCF)中均匀布拉格光栅(FBG)的光谱特性。利用紧凑的超格子模型,对光子晶体光纤的传输特性进行分析,研究正向传输和反向传输的模式之间的耦合规律,从而研究写入光子晶体光纤中的均匀布拉格光栅的特性。首先给出具有C6v对称性的零双折射光子晶体光纤中光纤布拉格光栅的布拉格波长λB随光纤结构参量的变化规律;然后分析一种高双折射光子晶体光纤中的光纤布拉格光栅的光谱特性,高双折射使两个不同偏振态的反射峰分开较大;最后分析了一种常用的双模双折射光子晶体光纤中光纤布拉格光栅的光谱特性,LP01模和LPe11模的两个偏振态对应的反射谱都由于高双折射而分开。     

双折射光子晶体光纤传输特性分析

采用时域有限差分法对光子晶体光纤导模的传输特性进行数值分析,通过该法可得到任意横向结构光子晶体光纤的色散特性和双折射特性。为提高精度,在计算中应用了各向异性完全匹配层作为吸收边界条件。光子晶体光纤的传输特性完全由其横向结构决定。用时域有限差分法对一类对称结构和两类非对称结构光子晶体光纤进行了数值分析,计算结果表明经合理设计的非对称结构光子晶体光纤中可存在较高的双折射(其双折射可达0．07)。表明时域有限差分法可有效应用于分析和设计具有特定色散和偏振特性的光子晶体光纤。     

光子晶体光纤接续损耗的理论分析

基于超格子构造法,采用全矢量模型计算了光子晶体光纤的模场半径,由此出发理论分析了光子晶体光纤与普通单模光纤之间接续损耗分别受横向偏移、轴向倾斜以及模场不匹配的影响,给出了光子晶体光纤在部分常用结构参量区域{Λ,d/Λ}内与SMF-28接续损耗的理论值,讨论了光子晶体光纤各结构参量与接续损耗之间的关系。并简要分析了不同结构光子晶体光纤之间的接续损耗。结果表明,接续损耗对横向偏移和轴向倾斜都非常敏感;孔距是决定接续损耗大小最主要的因素;与普通单模光纤接续,当光子晶体光纤的孔距比该单模光纤纤芯半径大一些时,接续损耗比较小;两种不同结构光子晶体光纤之间的接续损耗大小最主要取决于它们孔距的差异。     

光子晶体微环插分滤波器的理论分析与数值模拟

设计了基于二维正方晶格光子晶体微环的插分滤波器的基本结构,对其进行了时域耦合模理论分析,得到了输出端口的归一化透射率表达式。利用时域有限差分法对滤波器进行数值仿真,仿真结果与时域耦合模理论分析结果一致。结果显示,经过合理的参数调节,滤波器的传输效率可达到98％。这一分析方法同样可以适用于其他光子晶体结构。     

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.     

光子晶体光纤超平坦色散特性的研究

利用有效折射率方法的标量近似理论对三角排列的光子晶体光纤超平坦色散特性进行了理论分析和数值模拟,研究发现改变光子晶体光纤包层空气孔半径或空气孔间距可以改变波导色散的特性,从而可以设计在不同波段,不同大小值的超平坦色散。本文的计算和分析可以为设计不同色散特性的光子晶体光纤提供理论依据。     

并联谐振腔光子晶体单通道侧面耦合波导

分析了多光子晶体谐振腔的并联耦合模理论,并根据该理论设计了单通道光子晶体侧面耦合波导以实现光子晶体器件与光源间的高效耦合。理论研究表明并联谐振腔的耦合效率与谐振腔数量、间距以及品质因子相关。经优化耦合面积和耦合效率,最终选择了5个谐振腔并联作为单通道侧面耦合波导的耦合部分。通过设置谐振腔间距改变其对称性,从而实现侧面耦合波导的单通道传播。在1.55μm工作波长下,单通道侧面耦合波导的耦合效率可达94.49%。     

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。     

基于椭圆孔微结构纤芯的高双折射光子晶体光纤

提出了一种在纤芯引入微小椭圆孔实现高双折射光子晶体光纤的方法.采用全矢量有限元方法和完美匹配层条件,依次研究了光子晶体光纤在纤芯中引入单个、双个、三个微小椭圆孔情况下的双折射特性.模拟结果表明,纤芯微小椭圆孔主导了光子晶体光纤的双折射特性,其参量及个数对双折射有着重要的影响,增大椭圆面积、椭圆率可以进一步提高光子晶体光纤的双折射.最后设计和研究了一种采用三环阵列椭圆孔微结构纤芯的光子晶体光纤,其双折射可以达到2.7×10－3.     

基于光子晶体的三端口分插复用器

提出了一种新的基于对称全反射壁的光子晶体分插复用器,与其他类型的光子晶体复用器相比,无需对介质柱进行复杂的调节即可实现100%上/下载,方便实际制造.提出的理论模型与基于二维时域有限差分(FDTD)法的数值实验相当吻合,显示出这种器件具有优良的上/下载性能.     

含色散与非线性媒质的光子晶体的简正耦合模

利用传输矩阵方法及对色散媒质采用洛伦兹振子模型，研究了一维含色散媒质的光子晶体的简正耦合模，并计算了该结构的复有效折射率。在光学双稳态中，与仅含非线性媒质的光子晶体相比，得到了低得多的阈值入射光强。     

八边形晶格双芯光子晶体光纤偏振分束器

分别以碲玻璃和SF6玻璃作为基质材料,设计制作了一种基于双折射效应的新型八边形晶格双芯光子晶体光纤偏振分束器。应用全矢量有限元法（FEM）分析了碲玻璃和SF6两种双芯光子晶体光纤中结构参数对双折射和相对耦合长度特性的影响,数值模拟了碲玻璃和SF6两种偏振分束器的性能。结果表明：在碲玻璃和SF6两种双芯光子晶体光纤中,增大椭圆率可同时增加结构的双折射和相对耦合长度,与SF6玻璃偏振分束器相比较,碲玻璃偏振分束器具有更高的消光比和更大的带宽,即在工作波长为1.55 μm处,消光比达到最小值-53.46 dB,且消光比小于-20 dB的带宽为120 nm。     

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。     

高斯光束在单轴晶体中的布拉格衍射特性

利用适当的坐标变换和黎曼方法建立了高斯光束在单轴晶体中布拉格衍射的严格的耦合波理论 ,获得了一组严格的耦合波方程和衍射效率计算公式 ,讨论了衍射效率随折射率调制量的关系以及波长选择性和角度选择性 ,同时分析了衍射效率对再现光宽度的要求。模拟计算表明 ,异常光与异常光 (ee)型布拉格衍射能够达到的最大衍射效率由记录时入射角决定 ,而且通过各参量的适当的选择 ,理论上ee型布拉格衍射能够在折射率调制量很低(如 8.2× 10 -5)的情况下获得接近 90 %的衍射效率。该理论模型为如何在较低折射率调制量下获得较高衍射效率提供了理论指导     

Numerical Study on the Waveguiding Properties of Photonic Crystal Fibers

The photonic band structure, mode field distribution, and leakage loss of different photonic crystal fibers are studied by the full vectorial plane wave expansion method and an extended beam propagation method. A comparison on the waveguiding mechanism is conducted among solid-core triangular-lattice PCF, air-core honeycomb PCF, and solid-core honeycomb PCF. For the latter two structures, which conduct light by the photonic bandgap effect, the advantages of down-doped solid-core honeycomb structure are demonstrated for its Gaussian-like mode field distribution and low leakage loss. A combined study on the leakage loss and band structure of solid-core honeycomb PCF has revealed the distinctive properties of photonic bandgap effect.     

超短激光脉冲在不同色散参量光子晶体光纤中传输的数值模拟

为了使得数值模拟更为精确,采用广义非线性薛定谔方程(GNSE)描述超短激光脉冲在光子晶体光纤中的传输演化过程,并利用二阶分步傅里叶方法通过求解方程,数值计算了相同脉宽和能量的超短脉冲在不同色散参量的光子晶体光纤中非线性传输和超连续谱的产生。比较了超短脉冲在光纤不同色散区传输时,高阶色散和非线性效应对超连续谱的产生以及对脉冲波形演化的影响。结果表明,相对于超短脉冲中心波长位于光子晶体光纤的正常和反常色散区,可以相应获得短波波段和长波波段的超连续谱输出,当超短脉冲中心波长位于零色散波长点时,通过色散和非线性效应的联合作用,更易于产生全波长段的平坦超连续谱。     

一种高双折射光子晶体光纤中的脉冲俘获分析

数值模拟分析了一种新型高双折射光子晶体光纤中的脉冲俘获现象,以及泵浦脉冲入射条件对脉冲俘获效果的影响机理.结果表明:泵浦脉冲和信号脉冲处于零色散点附近,且分别处于光子晶体光纤的反常和正常色散区,其走离参量的数值小于10-12 s/m时,可以实现脉冲俘获;泵浦脉冲和信号脉冲的时域中心延迟对泵浦脉冲光谱红移量和信号脉冲光谱...     

高双折射光子晶体光纤偏振模色散测量

对一种高双折射光子晶体光纤的偏振模色散进行了测量.实验用26 m长光子晶体光纤使皮秒光脉冲的两个正交偏振模产生了108 ps时延.运用脉冲时延法和固定分析仪法对这种高双折射光子晶体光纤的偏振模色散进行了实验测量，测量得到其偏振模色散参量可达4154 ps/km，对应的模式双折射度为1.25×10－3.这种新型的高双折射光纤可用于补偿光纤通信系统中的偏振模色散.