高双折射微结构光纤特性的研究

采用基于单轴各向异性完美匹配层吸收边界的频域有限差分方法研究一种椭圆芯高双折射微结构光纤的特性.通过计算,分析了空气孔尺寸和孔距对模式双折射、泄漏损耗以及模式截止波长的影响;综合研究了双折射微结构光纤的几种特性及其相互之间的影响和制约关系;并首次采用有效面积的方法研究高双折射微结构光纤的模式截止特性,分析单模传输条件;从而为高双折射微结构光纤的设计提供了一定的理论依据.     

新型高双折射光子晶体光纤特性分析

将单模光子晶体光纤的空气孔设计成椭圆形增加其结构的不对称性,可以破坏模式中两偏振态的简并,达到实现双折射特性的目的.据此,提出了一种新型的高双折射光子晶体光纤.该模型通过在纤芯引入两个小空气孔以及将包层的第一环和中间一行变为椭圆空气孔来造成光纤模式的不对称性,获得了高双折射特性.之后对该结构的色散特性及模场面积等特性进行了数值模拟,并且讨论了外包层空气孔的几何参数改变对于该模型色散特性的影响.采用全矢量平面波展开法,并且以完美匹配层作为边界条件对该结构光子晶体光纤的上述特性进行分析.结果表明,该结构光子晶体光纤可以在较宽的波长范围内产生10-3量级的模式双折射,并且从1 100～1 800nm范围内具有平坦色散特性,同时具有小模场面积特性.为基于超平坦色散、高双折射和高非线性光子晶体光纤的光纤器件的制作和应用提供理论基础.     

椭圆六角分布微结构光纤中的双折射

利用全矢量有限元方法,对椭圆六角对称分布微结构光纤(MF)的双折射特性进行了理论分析,得到了双折射大小与结构参量、入射波长间的依赖关系。分析表明:合理设计结构参量可得到10-3量级大小的双折射;微结构光纤的双折射对光波波长极其敏感,并出现随波长变化快慢轴交换的现象。采用统计的方法对双折射与微结构光纤空气孔直径随机变化的统计相关性进行了理论分析,假定空气孔直径为高斯分布,获得了双折射大小的平均值和标准偏差与随机变化孔径的统计关系。结果表明,由孔径分布不规则所产生的双折射的大小主要取决于空气孔直径的平均值。     

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.     

一种基于肖特玻璃的新型高双折射光子晶体光纤

设计了一种基于肖特玻璃SF57的新型高双折射光子晶体光纤,在纤芯和包层同时引入椭圆空气孔,并且在包层的最内层对称地引入两个圆形空气孔.通过改变空气孔的间距和椭圆率,采用全矢量有限元法研究了该光纤的双折射、限制损耗和色散特性.数值研究发现,在纤芯中引入小椭圆空气孔,可极大地提高双折射的数值.通过优化光纤的结构参数,当孔间距Λ为1.60μm,椭圆率η为0.5时,在波长1.55μm处,双折射高达5.22×10-2,限制损耗低至8.82×10-10dB/m,且该光纤在1.0~2.2μm的波长范围内保持正常色散,可用于宽带色散补偿.该设计对研究新型背景材料的光子晶体光纤具有一定的意义.     

微结构聚合物光纤中高双折射可调效应研究

通过在纤芯附近引入两个直径较大的空气孔诱导纤芯局部双折射,在包层减小x方向的孔间隔诱导包层双折射,设计实现了一种高双折射随波长可调效应的微结构光纤.采用全矢量平面波方法,以聚合物甲基丙烯酸甲酯为基材,对其偏振特性和基模模场进行了研究.结果发现,该光纤基模双折射在光通信波段呈现两个最大值,且最大双折射大小和位置随光纤结构和波长的变化可以进行调节.通过调节光纤结构参数,模拟得到了该光纤具有高双折射和零偏振模色散的最佳设计参数. 关键词： 导波与光纤光学 双折射可调 聚合物 全矢量平面波法     

压缩六角点阵椭圆孔光子晶体光纤的低色散高双折射效应

设计了一种新型结构低色散高双折射光子晶体光纤,该光纤纤芯缺失一根空气柱,包层沿光纤长度方向排布压缩六角点阵椭圆空气孔.采用全矢量平面波法,对其色散和双折射特性进行了数值模拟.研究发现,通过改变光纤结构参数,即改变六角点阵压缩比ξ、相对孔间隔f和空气孔椭圆率η,可以调节该光纤低色散高双折射工作波长.若调整光纤结构参数ξ=048, f=035, η=055, x方向孔间隔Λ_x=12　μm时,该光纤呈现低色散高双折射效应,在1360—167 关键词： 导波与光纤光学 全矢量平面波法 低色散高双折射 六角点阵压缩比     

椭圆空气孔矩形结构光子晶体光纤的高双折射及限制损耗分析

提出了以包层为椭圆空气孔的矩形结构光子晶体光纤,采用有限元法分析了光子晶体光纤的双折射和损耗特性.研究表明:当光子晶体光纤中心缺失两个空气孔,即Λx=1.0μm,Λy=2.0μm时,在1.55μm处双折射可以达到1.98×10-2;在芯区引入小的椭圆空气孔时,双折射与引入椭圆空气孔的大小、长短轴的比例和空气孔的位置有关;芯区引入空气孔后,使光模场发生了形变,同时减少了向包层的泄漏,其损耗相比未引入空气孔小;增加包层的层数,发现包层层数对光纤双折射和损耗几乎没有影响,当包层层数N4时,损耗小于10-3量级.     

高双折射80PbO·20Ga_2O_3中心填充光子晶体光纤特性（英文）

提出一种高折射率材料80PbO·20Ga2O3(PG玻璃)中心填充椭圆芯光子晶体光纤.基于有限元法对光子晶体光纤的双折射特性和模场面积进行数值模拟,并研究了椭圆芯尺寸、椭圆率和孔间距等光纤几何参量对双折射特性的影响.数值研究表明:在1 550nm波长处,双折射高达1.256×10-1,x偏振和y偏振模场面积分别为0.43μm2和0.68μm2;在910nm~1931nm的宽波段范围内,双折射始终保持10-1量级.该光纤可以作为保偏光纤应用于偏振控制、相干通信和光纤传感系统.     

孔助光纤(Hole-assisted lightguide fiber)色散和双折射特性的研究

通过改变包层中空气孔的参数,孔助光纤（hole-assisted lightguide fiber）具有比传统光纤更容易调节的色散和双折射特性.采用有限差分法研究了包层空气孔数目、大小和位置等参数对孔助光纤色散和双折射特性的影响.数值计算结果表明：增加空气孔的数目和尺寸以及减小空气孔到纤芯的距离都能够使得零色散向短波长方向移动,减小空气孔与纤芯的距离有助于获得更大的双折射.     

菱形纤芯光子晶体光纤色散与双折射特性分析

针对光子晶体光纤多零色散点、高双折射的应用要求, 设计了一种新型结构的光子晶体光纤, 其纤芯由位于菱形四个角上的圆形空气孔组成. 通过有限元数值分析方法对该种结构光子晶体光纤的色散特性和双折射特性进行数值仿真, 得到色散与波长、色散与纤芯圆孔尺寸、双折射与波长、双折射与纤芯圆孔尺寸的关系. 研究结果表明:在满足光纤传输功率要求的条件下, 光纤的双折射在d₁<0.8 μupm 时的性能较好. 同时, 该种结构的光子晶体光纤在芯区直径满足d₁=0.4 μupm或 d₁=0.6 μupm时会出现两个零色散点, 这对进一步研制具有多零色散点的光子晶体光纤具有重要的意义.     

Coupling characteristics of high birefringence dual-core As2S3 rectangular lattice photonic crystal fiber

A type of As₂S₃ chalcogenide glass mid-infrared dual-core photonic crystal fiber has been proposed. The dual-core photonic crystal fiber (PCF) consists of two asymmetric cores. The high polarization property and the coupling characteristics have been studied by using the finite element method and mode coupling theory. Numerical results show that the birefringence at wavelength λ = 10 μm is up to 0.01386 and the coupling length can reach wavelength λ = 5 μm, 261 μm and 271.44 μm for x-polarized mode and y-polarized mode, respectively. It demonstrates that a 6.786-mm-long fiber can exhibit an extinction ratio of better than -10 dB and a bandwidth of 180 nm.     

中红外高双折射高非线性宽带正常色散As2 S3光子晶体光纤

设计了一种中红外As₂S₃光子晶体光纤,利用多极法研究了这种光纤的双折射、色散和非线性特性.数值研究发现,该光纤在中红外波段λ = 3.625 μm处双折射B高达0.098;其x偏振方向的非线性系数γ_x达到了1.69 m^-1 ·W^-1, y偏振方向的非线性系数γ_y达到了0.78 m^{- 关键词： 光子晶体光纤 中红外波段 双折射 非线性}     

单偏振光子晶体光纤

提出了一种能够在较宽波长范围内保持单偏振的光子晶体光纤,并利用频域有限差分法对其偏振特性进行了数值分析。在孔间距Λ取2.3μm,第一层较大空气孔直径dl取2.4μm,较小空气孔直径ds取1.4μm,包层中其它空气孔的直径d取0.6μm的条件下,这种单偏振光子晶体光纤在1.02-2.0μm波长范围内,保持较高的模式双折射。当较大空气孔直径dl取2.8μm,较小空气孔直径ds取1.4μm时,在1.35-2.0μm波长范围内,仅有一个偏振模能够存在,且波长1.31μm处的模式双折射度达到3.5×10-3。     

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 (<350 cm^-1)、优良的中远红外透过性能(可至25 μm)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=3 μm,d/Λ=0.35 附近变化时,可获得3~5 μm色散平坦,且色散值小于5 ps·nm^-1·km^-1的光子晶体光纤.     

Design of a highly nonlinear twin bow-tie polymer photonic quasi-crystal fiber with high birefringence

A twin bow-tie polymer-based photonic quasi-crystal fiber with high birefringence, high nonlinearity and low dispersion as well as maintaining single mode operation is presented in the wavelength range 1.8–2.2 μm. Through optimizing fiber structure parameter using a full-vector finite-element method combined with perfectly matched layers boundary condition, the birefringence is as high as 2.43 × 10⁻³, the nonlinearity is as high as 118 W⁻¹ km⁻¹, and the dispersion is only 25 ps/nm/km at 2 μm with the holes pitch of 3.3 μm. From the point of fabrication, the influences of deviation of each air hole diameter are discussed to verify the robustness of the photonic quasi-crystal fiber designed.     

Equal channel spacing Sagnac filter using high-birefringent photonic crystal fibers

An equal channel spacing Sagnac filter is proposed using a high-birefringent photonic crystal fiber （PCF） with birefringence square to the operation wavelength. A PCF with four smaller central air holes sur-rounded by larger air holes is applied in a Sagnac filter with optimized parameters to achieve equal channel spacing of 0.8 nm. Given that the birefringence of this PCF is square to the operation wavelength, the channel spacing of the proposed filter changes by only 0.03 nm within a wavelength range from 1400 to 1650 nm; this is about one order of magnitude less than that constructed with conventional high-birefringent fibers.     

矩形晶格高偏振、低损耗铋锗镓光子晶体光纤的结构设计及性能分析

非对称结构光子晶体光纤应用广泛。其良好的偏振特性、灵活的色散调控能力以及低限制损耗品质,对于优化与改善偏振光纤器件、非线性光学光纤、光通信光纤、光纤传感器等性能发挥着关键的作用。选用高折射率铋锗镓激光玻璃为材料,设计了八边形阵列、矩形晶格排列的光子晶体光纤,纤芯缺陷区包层及外包层均为圆形空气孔。模拟实验数据显示,结构参数为M=0.5,0.6时,在波长为1.55 μm处的双折射系数分别为1.16×10?2和1.33×10?2;在近红外波段短波区,矩形晶格结构光子晶体光纤的色散范围分别在±30 ps·nm?1·km?1之间及?18～32 ps·nm?1·km?1之间。色散斜率较低,曲线具有零色散点,展现了良好的连续谱调控能力;在1.00～1.90 μm波段内,当M=0.5,0.6时,光纤限制损耗稳定在10?7～10?9 dB·km?1之间;在1.55 μm处,限制损耗测量值分别为2.32×10?7和1.62×10?8 dB·km?1。     

八边形高双折射双零色散点光子晶体光纤特性分析

针对光纤通信和传感系统中高双折射、多零色散点的应用需求, 设计了一种新型结构的光子晶体光纤.该结构包层为圆形空气孔按照八边形形状排列而成, 并在内包层对称位置中加入两个椭圆空气孔以获得高双折射特性. 通过有限元数值分析方法对光纤特性进行分析,仿真结果表明,该结构光子晶体光纤在波长0.8—2 μm 范围内双折射可达10^-3量级,满足高双折射的应用需求,并且满足两个零色散点的应用需求. 同时光纤的非线性系数达10^-2·m^-1·W^-1量级,可应用于对非线性要求较高的场合.     

V形高双折射光子晶体光纤特性研究

本文基于全矢量有限元法,设计了一种V形结构高双折射光子晶体光纤,数值分析结果表明:当光纤的包层孔间距Λ为1.0 μm,包层大空气孔D和小空气孔d分别为0.95 μm,0.7 μm时,在波长为1.55 μm处,该光纤的双折射度B达到1.225×10^-2,比传统光纤高约两个数量级. 另外,分别在可见光和近红外波段出现了两个零色散波长,使钛宝石飞秒激光器工作波段(700—980 nm) 处于光纤的反常色散区,为新颖的光子晶体 关键词： 光子晶体光纤 高双折射 有限元法 V形结构