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     

一种新型高双折射光子晶体光纤特性研究

设计了一种高双折射高非线性光子晶体光纤, 采用全矢量有限元法研究了这种光纤的基模模场、双折射、非线性、有效模面积及色散特性. 数值研究发现, 减小孔间距Λ的大小, 在波长1550 nm 处, 该光纤可获得10^-2 数量级的双折射B, 比普通的椭圆保偏光纤高约两个数量级; 同时, 该光纤可获得42 W^-1·km^-1 的高非线性系数γ. 另外,分别在可见光和近红外波段出现了两个零色散波长, 在波长800–2000 nm 之间具有良好的色散平坦特性. 这种设计为获得高双折射高非线性超平坦色散光子晶体光纤提供了一种新的方法, 该光纤在偏振控制、非线性光学和色散控制方面具有广泛的应用前景. 关键词： 光子晶体光纤 高双折射 高非线性 有限元法     

高双折射光子晶体光纤研究

设计了一种高双折射光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF),即增大两个与纤芯相邻的空气孔直径,使光纤只具有二重对称性,呈现出较高的双折射.通过压缩x轴方向孔间距,进一步增大双折射度.采用全矢量有限单元法(Finite-element Method,FEM),研究了该光子晶体光纤基模对应的相双折射和群双折射,给出了该高双折射PCF双折射随输入光波长的变化曲线.结果获得了10－3量级的高双折射.具有设计参量的该光子晶体光纤结构的相双折射在1 550 nm处可以达到5.0×10－3,在更长的波长处,这一值会更高.     

高双折射纳米结构光子晶体光纤特性研究

设计了一种高双折射高非线性纳米结构光子晶体光纤,利用电磁场散射的多极理论研究了这种光纤的双折射、基模模场、色散以及非线性特性.数值研究发现,加大纤芯及包层空气孔的非对称程度,可使双折射变大,其双折射最大值可达1.918×10-2.通过调节孔节距大小,可将双折射最大值调至所需波长处,孔节距为400nm的纳米光子晶体光纤在800nm波长处非线性系数高达0.2m-1.W-1,同时在750—1000nm的波段有较大的双折射值,高双折射和高非线性在纳米结构光子晶体光纤中实现了完美的结合.对新型纳米光子器件的研制和集成光学的发展具有重要意义.     

用于液体传感的高双折射新型光子晶体光纤结构

提出一种用于液体传感的光子晶体光纤的结构和设计方法。将六边形光子晶体光纤的纤芯区域设计成2个椭圆空气孔,分别填充水和乙醇,进而比较两种光子晶体光纤结构的传播特性。采用全矢量有限元法对所设计光子晶体光纤结构的双折射、相对灵敏度、限制损耗、非线性系数进行数值分析,对光纤各项参数的优化及纤芯椭圆结构参数进行调整,结果表明:当椭圆率为0.6时,纤芯填充乙醇的光子晶体光纤PCF2在波长1.55 nm处相对敏感度可达到72.506 7%,同时限制损耗可以降至10?8级。所设计的模型可用于传感和生物传感研究及应用。     

一种新结构高双折射光子晶体光纤

提出了一种新结构的高双折射光子晶体光纤,通过引入掺氟实心圆的方式形成双折射,而不采用大多数高双折射光子晶体光纤中引入不同孔径空气孔或椭圆空气孔的结构。应用全矢量平面波法对其基模场分布、模式截止以及各种结构参量对模式双折射特性的影响进行了详细的分析和讨论。结果表明,该结构光子晶体光纤可以在较宽波长范围内产生10-3量级的模式双折射,且通过调节孔径,可以灵活地将双折射最高点调整到所需的波长上。另外,该结构高双折射光子晶体光纤在拉制工艺、光纤强度以及光纤熔接等方面也具有一定的优势。     

新型高双折射及色散平坦光子晶体光纤研究

用平面波展开法对光子晶体光纤中电磁场的Maxwell方程组进行了求解。将光纤截面作为超元胞衍生出一个无边界的二维周期性系统，光纤纤芯等效为光子晶体中的缺陷，借助平面波法对其性质进行研究，模拟了半导体中的超格子。运用上述超格子模型，对与纤芯同列孔半径可变的高双折射及与包层中纤芯距离最近的孔半径可变的色散平坦光子晶体光纤的光学性质进行了研究，发现与纤芯同列的孔半径变化时，其双折射比传统光纤更强，而当包层中距离纤芯最近的孔半径取特定值时，可得到近零色散平坦光纤并在大范围内获得反常色散。与传统光纤和普通光子晶体光纤相比，这种新型的色散平坦光纤在密集波分复用（DWDM）光通信系统中具有更高的应用价值。     

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。     

基于椭圆孔包层和微型双孔纤芯的新型高双折射光子晶体光纤

设计了一种新型高双折射光子晶体光纤,即其包层引入椭圆形空气孔,且以三角晶格方式周期排列,纤芯引入亚波长尺寸(~0.16 μm)的微型双孔结构阵列.采用全矢量有限元法和各向异性完美匹配层边界条件分析了该型光子晶体光纤的双折射特性和色散特性,详细介绍了该光子晶体光纤在不同的椭圆率、椭圆归一化面积、微型双孔孔径、两小孔之间间距的情况下双折射和限制损耗随波长的变化曲线.模拟结果表明,通过同时在包层和纤芯引入非对称性,获得了较高的双折射(~10^-3量级)和极低(~10^-4 dB/km)的限制损耗.提供了一种新的光子晶体光纤设计方法,即通过同时在包层和纤芯引入新结构来同时获得高双折射和低损耗.     

基于椭圆孔包层和微型双孔纤芯的新型高双折射光子晶体光纤

设计了一种新型高双折射光子晶体光纤,即其包层引入椭圆形空气孔,且以三角晶格方式周期排列,纤芯引入亚波长尺寸(～0.16 μm)的微型双孔结构阵列.采用全矢量有限元法和各向异性完美匹配层边界条件分析了该型光子晶体光纤的双折射特性和色散特性,详细介绍了该光子晶体光纤在不同的椭圆率、椭圆归一化面积、微型双孔孔径、两小孔之间间...     

液芯高双折射率光子晶体光纤的特性研究

设计了一种纤芯区域由中心椭圆缺陷孔和其横排的上下两侧椭圆孔组成的高双折射率光子晶体光纤,并在其纤芯中心椭圆缺陷孔中填充高折射率液体物质二硫化碳.利用有限元法分析了该光子晶体光纤的双折射率、功率限制因子、模场分布及色散系数特性.研究结果表明:液芯光纤具有较高的纤芯功率限制因子,在波长0.6~1.6μm范围内实现了宽带大负色散系数,在波长1.55μm处光纤双折射率达到了6.8×10-2,即该结构液芯光子晶体光纤同时实现了宽带大负色散和高双折射率特性.通过结构参量容差性分析得到该光纤具有较好的偏振稳定性.     

椭圆芯非六角对称高双折射聚合物PCFs

采用全矢量平面波展开法,以聚合物PMMA为基材,研究了椭圆芯非六角对称聚合物光子晶体光纤（Photonic Crystal Fibers,PCFs）的传输模场和偏振特性,从理论上分析了其模式双折射和光纤结构参量的关系.研究结果表明,该PCFs基模的两个正交偏振态不再简并,模场呈现明显的椭圆并具有较强的线偏振特性;另外,该光纤的模式双折射强烈地依赖于光纤的结构参量,通过适当调节光纤的相对孔间距比,有望在给定波长范围内实现更高双折射单模运行.     

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.     

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.     

具有缺陷结构的三角形二维光子晶体结构参量对本征模的影响

通过有限元数值计算得到并图示了具有缺陷结构三角形二维光子晶体本征频率和介质柱半径、晶格常量以及介质柱介电常量之间的关系.利用这些关系可以在一定的范围内增大介质柱半径而相应减小介质柱介电常量,而本征频率基本保持不变.由于光子晶体结构参量的不同,本征模对应的电磁场在晶体中的分布也不同,图示了电场强度的大小在一些结构中的分布.由此可以掌握光子晶体结构参量对缺陷本征模的影响.     

太赫兹波光子晶体光纤传输特性分析

利用矢量有限元法分析了太赫兹波光子晶体光纤单模截止频率和波导色散随光纤结构的变化特性．结果表明，太赫兹波光子晶体光纤的单模截止频率随着光纤空气孔占空比的变大而降低，零波导色散点频率随着空气孔占空比变大而增加，约束损耗随着空气孔的圈数增加而降低．     

压缩型双缺陷椭圆孔光子晶体光纤

提出了一种通过横向压缩普通圆孔光子晶体光纤,得到双缺陷椭圆孔光子晶体光纤的方法.所提出的双缺陷光子晶体光纤具有高双折射率,采用全矢量有限元方法和各向异性介质完美匹配层方法对该光子晶体光纤的双折射特性和约束损耗特性进行了研究.理论模拟结果表明所提出的光子晶体光纤的双折射率可以达到10－2量级.     

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.