基于空气孔填充的光子晶体光纤与普通单模光纤低损耗耦合研究

提出一种基于空气孔填充的光子晶体光纤与普通单模光纤低损耗耦合方法,并通过光束传播法数值仿真的方式研究了填充物折射率以及填充长度等参数对耦合损耗的影响。结果表明,选择合适的填充参数可以大幅度降低光子晶体光纤与普通单模光纤间的耦合损耗,从而实现光子晶体光纤与普通单模光纤间的低损耗耦合。该方法可适用于多种光子晶体光纤与普通单模光纤之间的低损耗耦合,在光子晶体光纤与普通单模光纤的模场严重失配的情况下,该方法的优势更为明显。     

光子晶体光纤的低损耗透镜耦合技术

基于不失调透镜系统对高斯光束的变换机理,提出并分析了一种低损耗、高强度连接光子晶体光纤(PCF)的透镜耦合方法。与熔接法相比,该方法可实现各类PCF之间以及PCF与普通光纤之间的有效模式转换,并连接因热膨胀系数极其不同而无法拼接或熔接的光纤。在此基础上,搭建了相应的PCF透镜耦合连接及特性测试实验台,实现了单模PCF和常规G.652光纤之间以及保偏PCF和常规G.652光纤之间的高重复性、高强度连接,连接损耗均值分别为0.4dB和0.65dB,并对实验结果进行了误差分析,提出了存在的问题及改进设想。     

菱形空气孔的单一偏振单模太赫兹光子晶体光纤

提出了一种新型的基于菱形空气孔的单一偏振单模太赫兹光子晶体光纤,通过改变光纤中引入缺陷的个数、尺寸以及所处位置,研究其对光纤单一偏振单模特性的影响。全文仿真建模采用全矢量有限元法,结果表明:当光纤中引入两缺陷时,随着缺陷尺寸的增加,单一偏振单模运行区域向高频方向移动,区域宽度稍有增加;当引入四缺陷时,靠近芯区的缺陷对单一偏振单模特性影响占主导;基于此,在芯区四周各引入尺寸相同的缺陷,对比四缺陷和两缺陷时的情况发现,四缺陷时单一偏振单模运行区域(1.07~1.36THz)向高频方向移动,且区域宽度(为0.29THz)增加明显,是两缺陷时的1.32倍。此类光纤可应用于某些对偏振态有非常严格要求的系统中,故具有实际意义。     

空间激光与单模光纤和光子晶体光纤的耦合效率

为了设计最优光纤耦合系统,利用高斯模场近似单模阶跃光纤的模场和大模面积光子晶体光纤的模场,推导出了理想情况下空间激光与这两种光纤的耦合效率解析表达式以及光纤端面相对于耦合系统存在横向偏移和端面倾斜时的耦合效率解析表达式。基于上述理论表达式计算了空间激光与光纤的耦合效率,并通过实验验证了此理论表达式的有效性。理论计算和实验均证实了单模阶跃光纤对于横向偏移更敏感,当横向偏移量等于单模光纤的纤芯半径时所对应的耦合效率只有20.25%,为理论最大值的1/4;而大模面积光子晶体光纤对于端面倾斜更加敏感,当端面倾斜2°时对应的耦合效率只有40.5%,为理论最大值的1/2。所提出理论表达式和实验方法完全可以为设计光纤耦合系统提供准确的参数。     

基于光纤拉锥模场匹配技术的光子晶体光纤低损耗熔接

光子晶体光纤(PCF)与普通单模光纤(SMF)的低损耗熔接技术是光子晶体光纤走向实用化必须解决的关键技术问题。提出一种基于光纤拉锥模场匹配技术的光子晶体光纤低损耗熔接的新方法,利用熔融拉锥机对模场不匹配的两类PCF进行预处理,结合常规电弧放电熔接技术对三种不同类型的PCF与SMF的熔接损耗进行实验研究。在实验中通过精确控制熔融拉锥机各种参数,实现了不同模场直径PCF和SMF的模场匹配,该方案同时通过优化各种电弧放电参数,使熔接后的损耗降到了0.3dB以下,实现了PCF-SMF之间低损耗、高强度的熔接,满足了不同模场PCF实际应用的要求,具有很好的潜在应用价值。     

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。     

基于表面等离子体共振的双芯光子晶体光纤横向应力传感器EI北大核心CSCD

基于表面等离子体共振(SPR)效应,设计了一种采用双芯结构光子晶体光纤(PCF)作为光波导的横向应力传感器。通过建立SPR耦合波模型和PCF结构的形变模型,利用全矢量有限元法进行数值模拟,获得了基模共振峰的偏移量与横向应力的关系。结果表明共振峰波长的偏移量与所施加应力具有很好的线性关系。对PCF的截面结构进行优化设计,通过选择适当的空气孔层数、直径和周期,可获得较高的测量灵敏度。该研究可为基于SPR的PCF横向应力传感器的设计提供理论依据。     

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。     

双芯高双折射光子晶体光纤耦合特性研究

设计了一种双芯高双折射光子晶体光纤,采用多极法（multipole method）和光纤的模式耦合理论研究了光纤的双折射、耦合长度以及色散特性.数值研究发现,对于空气孔节距 Λ=1.2　μm,空气孔直径d=1.0　μm的光纤,在1.55　μm处双折射度为1.24×10^-2;对应x偏振模的耦合长度为21.6　μm,对应y偏振模的耦合长度为24.3　μm. 这种具有高保偏度和极短耦合长度的双芯光子晶体光纤对于微型光子器件的研制具有重 关键词： 光子晶体光纤 双芯 双折射 耦合长度     

空气孔正方形排列的低损耗高双折射光子晶体光纤的数值模拟

提出了一种正方形排列渐增空气孔高双折射光子晶体光纤，并利用多极方法对光纤基模的模场分布、色散、双折射以及损耗特性进行了数值模拟.模拟结果表明利用这种结构可以在包层空气孔层数较少的情况下实现极低的限制损耗，通过调节内层空气孔的分布可以有效地控制光纤的双折射和色散特性.本结果对高双折射光子晶体光纤的制备具有一定的指导意义. 关键词： 光子晶体光纤 双折射 限制损耗 多极方法     

空芯带隙型光子晶体光纤整体空气孔包层导光特性研究

 传统光纤包层中仅存在泄漏的倏逝波,能量较小,不利于包层传感的应用。增大包层中的能量,实现整体包层导光是提高光纤传感灵敏度的有效途径。从理论上分析了利用空芯带隙型光子晶体光纤(HC-PCF)包层进行导光的机理。在实验上选用带隙外的冷光源和激光对一种典型结构的HC-PCF进行了空气孔包层的导光实验,并利用折射率引导型光子晶体光纤和单模光纤进行对比实验。结果表明,带隙范围外光波在HC-PCF中传输时将不受禁带效应的约束泄露至包层中重新分布。包层中SiO2与空气孔的周期型结构将光波约束在高折射率介质中,实现HC-PCF整体空气孔包层中光波的稳定传输。PBG-PCF包层的整体导光在传感上有提高灵敏度的潜在价值。     

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.     

新型宽带单偏振单模光子晶体光纤的设计

基于折射率匹配耦合原理,提出并设计了一种新型宽带单偏振单模光子晶体光纤,阐述了工作原理并利用全矢量有限元法对其进行了数值模拟.当中间纤芯和边芯之间空气孔1和2的直径为2.4 μm时,波长在1.26～1.7μm的范围内,偏振相关损耗大于4.08 dB/m,单偏振单模的带宽高达440 nm;当空气孔1和2的直径为2.6 μ...     

渐变空气孔双芯光子晶体光纤特性研究

为进一步开发新型光耦合器件,利用全矢量有限元法和平面波展开法分析了一种包层空气孔直径渐变的双芯光子晶体光纤,得到了其耦合长度、耦合系数以及色散系数随波长和结构参数的变化曲线。数值分析结果表明,与普通包层等空气孔结构光纤不同,此种结构的光子晶体光纤在一个极宽的波长范围内(0.4μm~2.4μm)耦合长度极短,耦合特性极强。当波长位于0.9μm~2.0μm之间时,具有近零超平坦色散特性。这种新型结构的双芯光子晶体光纤在光通信系统和光耦合器件的设计方面具有重要的应用价值。     

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。     

基于光子晶体光纤和拉锥式单模光纤的超连续光谱产生的实验研究

本文使用重复频率为250 MHz、脉冲宽度为135 fs、最大功率为2.2 W的锁模掺镱光纤激光作为种子源,利用光子晶体光纤和自制的拉锥式单模光纤两种高非线性光纤研究了超连续光谱的产生特性,通过对比两种光纤的结构、色散等特性,分析了拉曼孤子、色散波及其他非线性效应对产生的超连续谱形状的影响,并均得到了大于一个倍频程的超连续光谱,特别是拉锥式单模光纤产生的超连续光谱,耦合效率达到60%,这为众多研究领域,尤其是光学频率梳的建立提供了实用的超连续光源.     

基于不同液晶填充光子晶体光纤传输特性的研究

将5种不同折射率的液晶分别填入实芯光子晶体光纤的空气孔中, 通过改变外场条件, 研究其输出光谱的变化规律, 并进行了理论模拟分析. 结果表明: 填充液晶后, 输出光谱由全通变为多个波峰的带隙式; 同时, 液晶的折射率差值越大, 其波峰位置越向长波长方向移动, 且相对光强的对比度可以达到16 dB; 温度由20 ℃上升到85 ℃时, 波峰向短波长方向移动, 最大调控范围可达41 nm; 调节电压从0-250 V, 输出光谱的相对光强变小, 但波峰具有较好的稳定性; 在室温下, 波峰不随入射光偏振态的变化而变化. 该液晶光子晶体光纤可应用于温控可调谐滤波器或电控衰减器.     

基于谐振吸收效应的单模单偏振光子晶体光纤研究

提出了一种基于谐振吸收效应的单模单偏振光子晶体光纤，阐述了其工作原理，并利用全矢量有限元法对其模场分布、限制损耗、工作带宽、消光比等基本特性进行了数值模拟. 数值结果表明这种结构可以获得很高的单模单偏振工作带宽，并能以较低的损耗代价实现极高的消光比.讨论了结构设计参量对光纤性能的影响.研究结果对设计新型的高性能单模单偏振光纤具有一定的指导意义.     

基于纤芯折射率增强的高双折射光子晶体光纤

通过增加光纤纤芯区域折射率实现了一种高双折射光子晶体光纤.采用全矢量有限元和平面波展开方法,系统地研究了这种高双折射光子晶体光纤在不同的高折射率区域参数(比如区域形状、折射率)情况下的光纤特性.模拟结果表明,光子晶体光纤的双折射可以在优化的参数条件下获得很大提高,光子晶体光纤的非线性系数(连同双折射)也可以同时得到提高.     

碲玻璃双芯光子晶体光纤耦合特性研究

以碲玻璃为基质材料,设计了八边形双芯光子晶体光纤.应用全矢量有限元法和模式耦合基本理论分析了八边形双芯光子晶体光纤中结构参数对耦合长度特性的影响.计算结果表明:在波长1.55μm处,减小孔间距可明显减小耦合长度,但只略微改变相对耦合长度;增大空气孔及椭圆率可略微增大耦合长度,但可明显增大相对耦合长度.当相对耦合长度为1时,设计的偏振分束器性能较理想.在此基础上,通过调节结构参数,设计了一种较短传输长度、高带宽、高消光比的偏振分束器,当光纤长度为139μm时,X、Y方向偏振光即可实现分离,消光比达到最小值-53.46dB,且在波长1.49μm~1.61μm,即带宽为120nm范围内,消光比小于-20dB,与同类型的高消光比和极短长度双芯偏振分束器相比,其综合性能比较突出.