Ge30Sb8Se62硫系玻璃的制备及其10.6μm低损耗空芯光子带隙光纤的设计

硫系玻璃光子晶体光纤在中远红外激光传输领域具有广阔的应用前景。制备了红外波段具有优良透过特性的Ge30Sb8Se62硫系玻璃,并以此为基质材料设计了一种适合于高功率中红外激光传输的带隙型光子晶体光纤。利用平面波展开法和有限元法分析了不同结构下该光纤的光子带隙、模场面积和限制损耗特性。通过优化光纤的结构参数,获得了在10.6μm处限制损耗小于0.1dB/m的大模场(模场面积大于100μm2)光子晶体光纤。     

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．     

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     

空芯光子带隙光纤纤芯-包层交界面的设计

利用平面波展开法计算了圆六边形空气孔按三角形排列的光子晶体带隙,基于带隙图设计了移去7根玻璃毛细管形成纤芯、传输波长λ=1.55 μm的空芯光子带隙光纤的结构参量.随后利用全矢量有限元法计算了所设计的在纤芯-包层交界面处引入石英环的光纤,给出了在不同半径情况下沿z轴方向的光强分布、光强等高线分布图和损耗随引入石英环相对厚度的变化曲线.得出了光纤消除表面模、减小损耗的纤芯外半径取值范围为1.55Λ～1.7Λ,石英环的相对厚度取值范围为1.3～1.5或3.4～3.8.通过分析发现石英环的引入既可以抑制表面模也可以激发表面模,抑制还是激发有赖于纤芯外半径和石英环厚度的选择.     

低损耗大模面积W型布喇格光纤

通过有限元法建立模型,讨论了布喇格光纤设计参量对光子带隙的影响,发现当增加掺锗玻璃环的厚度或折射率时,会使带隙移向长波.通过在紧邻纤芯处施加一层掺氟低折射率玻璃,设计了一种大模面积W型布喇格光纤.计算表明:W型布喇格光纤可以有效减小限制损耗,提高光纤的抗弯曲能力.本文设计的布喇格光纤的纤芯直径为30 μm,在波长1.06 μm限制损耗约为0.1 dB/km,且维持单一横模传输.     

Ge20Sb15Se65硫系玻璃光子晶体光纤的中红外色散特性

硫系玻璃与石英玻璃相比具有高折射率(2.0～3.5)、低声子能量(<350cm-1)、优良的中远红外透过性能(可至25μm)等特性.本文制备了一种在中红外具有优良透过特性的无As环保型Ge20Sb15Se65硫系玻璃材料,以此为基质材料设计了一种三层空气孔结构光子晶体光纤,利用多极法对光纤的中红外色散特性进行了数值模拟,系统研究了结构参量孔径d、孔间距Λ以及d/Λ对其色散特性的影响.分析表明:通过改变包层空气孔直径d或空气孔间距Λ,可灵活的调节光子晶体光纤的零色散波长向短波或长波方向移动.通过优化结构参量发现,当Λ=3μm,d/Λ=0.35附近变化时,可获得3～5μm色散平坦,且色散值小于5ps.nm-1.km-1的光子晶体光纤.     

低损耗大模面积W型布喇格光纤

通过有限元法建立模型,讨论了布喇格光纤设计参量对光子带隙的影响,发现当增加掺锗玻璃环的厚度或折射率时,会使带隙移向长波.通过在紧邻纤芯处施加一层掺氟低折射率玻璃,设计了一种大模面积W型布喇格光纤.计算表明:W型布喇格光纤可以有效减小限制损耗,提高光纤的抗弯曲能力.本文设计的布喇格光纤的纤芯直径为30 μm,在波长1.0...     

中红外色散平坦硫系光子晶体光纤设计及性能研究

本文以自制Ge20Sb15Se65硫系玻璃为基质材料,设计一种正八边形结构色散平坦型中红外硫系光子晶体光纤,并采用多极法对其中红外色散和传输特性进行数值研究.结果表明:控制该光纤占空比(d/Λ)在0.323—0.367之间,其色散及传输特性在3—5μm范围内可调.当孔间距Λ=3.4μm,孔直径d=1.1μm时,光纤在4.1—4.9μm波段的色散值在0.8—0.8 ps·nm 1·km 1波动,且具备单模低损耗传输(Loss0.049dB/m),小模场面积(Aeff8.46μm2)特性,适合于中红外非线性应用领域.     

新型单模大模场红外硫系玻璃光子晶体光纤设计研究

大模场光子晶体光纤在高功率激光传输、光纤放大器、光纤激光器中的广泛应用, 使其受到研究者的广泛关注.硫系玻璃在红外波段(1–20μm)具有优良透过性能, 且具有折射率高(2.0–3.5)、声子能量低(小于350 cm^-1)、 组分可调等特性, 成为制备红外光纤的理想材料. 本文设计一种基于Ge₂₀Sb₁₅Se₆₅硫系玻璃基质的新型单模传输、低损耗、超大模场面积光子晶体光纤结构, 经理论验证其在λ =10.6 μm处基模限制损耗远低于0.1 dB/m, 高阶限制模损耗大于2 dB/m, 模场面积约为13333 μm². 关键词： 硫系玻璃 大模场面积 红外光子晶体光纤 结构设计     

中红外色散平坦渐减光纤设计

设计了一种以As2S3玻璃为纤芯、碲酸盐玻璃为微结构包层的锥形光子晶体光纤.该结构光纤兼具阶跃折射率光纤和光子晶体光纤双重特性,具有色散调制灵活性高且限制损耗低等优点.模拟结果表明:优化该光纤结构包层空气孔径、孔间距、纤芯直径等特征参量,使参量之间及参量与椎区长度之间满足特定线性关系时,该光纤在2~4.5μm中红外波段呈现色散平坦渐减特性;对该光纤微包层进行折射率~1.6的液体油填充处理,色散曲线对称性及平坦性得到进一步优化.该光纤在超短脉冲压缩与展宽、色散波、光孤子及中红外平坦超连续谱产生等领域应用潜力巨大.     

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。     

基于挤压技术的Ge-Te-Se低损耗芯-包结构光纤的制备及其性能

采用化学和物理提纯法制备出透光性较好的高纯度Ge20Te20Se60和Ge20Se80玻璃,分别作为光纤纤芯和包层玻璃基质.利用硫系玻璃的流变特性和黏度对温度的依赖性,用平直模具挤压法制备了完整芯包结构、低结构缺陷、椭圆度较好的光纤.研究表明:对玻璃进行相应提纯后,光纤损耗明显降低,平均损耗为8.5dB/m;在4.25μm处光纤损耗达到最低,为6.8dB/m.平直模具挤压法克服了Te玻璃易析晶的困难,所得到的Te基硫系玻璃光纤芯包层界面清晰、均匀度较好、损耗值较低、满足红外光在理想结构光纤中传输和传感的需求,在中远红外光学领域有一定的潜在应用价值.     

八边形结构的双折射光子晶体光纤

提出一种新型的双折射光子晶体光纤,在正八边形的基础上改变纤芯附近的几个空气孔的直径产生双折射.利用多极法对该光纤基模的模场分布、色散、限制损耗及双折射特性进行数值分析,并且分析了一些参数对双折射的影响.计算了具有相同参数的六边形结构光子晶体光纤的色散系数、限制损耗及双折射率.研究表明,具有相同参数的八边形结构光子晶体光纤比六边形结构光子晶体光纤的双折射率明显提高,限制损耗大幅度减小,零色散波长也向短波方向移动. 关键词： 光子晶体光纤 双折射 色散 限制损耗     

空芯反谐振光纤与单模光纤的低损耗熔接研究

光子晶体光纤因具有设计自由、导光机制新颖等优势而被人们广泛关注。相比于带隙型光子晶体光纤和Kagome光纤,空芯反谐振光纤(HC-ARF)由于具有结构简单、单模导光、传输谱宽且损耗低的特点,在紫外/中红外光传输、高功率激光产生、非线性光学及传感等领域都具有很好的应用。但是HC-ARF要真正得到广泛应用,其与普通单模光纤的熔接必须简便且损耗低,然而,HC-ARF包层特殊的毛细管孔结构在熔接过程中容易坍塌,且其模场直径不同于普通单模光纤,故直接熔接时损耗很大。为此,引入一段纤芯直径为20μm的实芯大模场光纤作为模场过渡,实现了HC-ARF和普通单模光纤之间的熔接,熔接损耗由直接熔接的3dB降至0.844dB。     

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。     

无源Ge_(28)Sb_(12)Se_(60)硫系玻璃微球谐振腔的制备及其光学回廊模式表征

为了对硫系玻璃微球谐振腔在中短红外波段的光学回廊模式进行理论研究和实验表征,用熔融淬冷法制备了组分为Ge28Sb12Se60的无砷环保型硫系玻璃,并在此基础上采用漂浮粉末熔融法批量制备出直径分布为50~200μm的微球谐振腔.在显微镜下挑选出直径分别为112.01μm和57.63μm的一大一小两颗微球与自制石英微纳光纤锥进行近场耦合实验,以窄带宽可调谐激光器为泵浦源测试此耦合系统在1 530~1 560nm波段的光谱.光谱中明显观测到由微球回廊模式谐振引起的等间距分布的光谱吸收峰.小球、大球的吸收峰间距分别为5.22nm和2.60nm,与米氏散射理论计算得出的一阶TE回廊模谐振峰间距基本相符.实验结果表明新型Ge28Sb12Se60硫系玻璃有望在红外微球光子器件如窄带滤波器、微球喇曼激光器、高灵敏度传感器等领域获得重要应用.     

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.     

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.     

基于对称双环嵌套管的低损耗弱耦合六模空芯负曲率光纤

本文设计了一种具有对称双环嵌套管结构的新型低损耗少模空芯负曲率光纤,该光纤支持LP₀₁, LP₁₁,LP₂₁, LP₀₂, LP_31a, LP_31b共6种纤芯模式.所设计的光纤以SiO₂作为基底材料,采用特殊的对称双环嵌套结构将包层区域进行划分,能够有效地减小纤芯模式与包层模式的耦合.使用有限元法对该少模空芯负曲率光纤的结构参数进行优化,并分析了纤芯各个模式的限制损耗和弯曲损耗.仿真结果表明,所提出的少模空芯负曲率光纤能够同时支持弱耦合的6种纤芯模式独立传输(相邻模式间的有效折射率差均大于10^–4,有效地避免了纤芯内模式间的耦合).在400 nm带宽(1.23—1.63μm,覆盖O, E, S, C, L波段)范围内,纤芯中的6个模式均保持低损耗稳定传输.各模式限制损耗在1.4μm处达到最低,其中基模LP₀₁模式的限制损耗最低,为4.3×10^–7 d B/m.此外,当弯...     

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