空芯光子晶体光纤光子带隙的测量与数值模拟

用全矢量平面波法计算三角结构光子晶体光纤的带隙. 用透射法测量了自制的空芯光子晶体光纤的透射谱,得到了它在可见光波段透射强度与波长的关系,并在随后的实验中观测到了传光的模场图.通过理论模拟了实验所用的空芯光子晶体光纤的带隙图,与实验结果具有较好的一致性. 关键词：空芯光子晶体光纤光子带隙全矢量平面波法透射     

光子晶体光纤带隙特性的研究

应用平面波展开法数值模拟得到了光子晶体光纤带隙特性,为光子晶体光纤器件的开发提供了理论依据。     

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.     

4.3μm低损耗硫系空芯光子带隙光纤结构设计及性能研究

运用平面波展开法分析As2S3、Ge20Se65Sb15和As2Se3硫系玻璃光纤在不同空气填充率下的带隙分布图,分析结果表明三种材料在空气填充率提高到0.75时,光子带隙与空气线均出现交汇模式,且带隙宽度大,纤芯空气孔中适宜进行激光传输.运用有限元法分析不同纤芯孔直径的Ge20Se65Sb15硫系玻璃空芯光子带隙光纤的基模限制损耗和有效模场面积,结果表明纤芯直径9.2μm时限制损耗最低,模场面积较小.通过优化光纤的结构参量,适合于4.3μm波长处高功率中红外激光传输的空芯光子带隙光纤,其限制损耗为0.00472dB/m,有效模场面积为58.046μm2.     

基于高折射率断环结构的全固光子带隙光纤的设计

设计了基于断环结构的全固光子带隙光纤,其背景材料为熔石英而断环结构由若干掺杂的高折射率介质柱构成.基于平面波展开法计算得到的态密度图和Bloch模场分布表明,该种光纤中的一个高阶带隙可以得到调节并被极大展宽,带隙调节的基本原理是断环可以同时控制包层介质柱的线偏振模式的角向和径向模式阶数.研究表明,断环中的介质柱数目决定了受影响最小的一组线偏振模式的最高角向阶数,而带隙宽度受介质柱尺寸影响很大.这一宽的高阶带隙可以用来设计带隙中心分别在800和1550 nm、带宽分别为488和944 nm的全固光子带隙光纤关键词：全固光子带隙光纤光子带隙光纤设计平面波展开法     

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     

空芯光子带隙光纤中的表面模共振耦合效应及高温传感特性

提出并研究了空芯光子带隙光纤中表面模共振耦合效应和高温传感特性.实验上观测到光子带隙光纤中的表面模耦合效应,理论上诠释了该效应的产生原理.通过表面模耦合效应,对在光纤透射光谱中形成的多个共振峰进行温度和应变传感实验,观察到独特的温度和应变传感特性:共振峰在20～150℃之间低温不敏感,在150～260℃之间高温强度敏感...     

不同结构光子晶体的带隙特性

基于平面波展开法研究光子晶体的带隙特性,数值模拟了横磁波和横电波在三角晶格和正方晶格构成的二维光子晶体中的带隙特性,得到了三角晶格较正方晶格更容易出现带隙,且三角晶格的横电波光子带隙较大.实验结果为光子晶体器件的设计提供理论依据.     

二维光子晶体的完全带隙

为了研究二维光子晶体完全带隙的规律,采用平面波展开法模拟了4种结构二维光子晶体,在固定光子晶体周期常数a的情况下,研究完全带隙随柱半径r的变化规律.研究发现,六角晶格空气孔型光子晶体的完全带隙出现在r=0.42～0.50μm的范围,最大带隙宽度△ω1=0.08(ωa/2πc);方形晶格空气柱型光子晶体在r=0.47～0...     

基于微光学结构的空芯光子带隙光纤环形谐振腔研究

光纤环形谐振腔是构成谐振式光纤陀螺的核心部件.提出了一种基于微光学结构的空芯光子带隙光纤环形谐振腔.建立了这种谐振腔的归一化传递函数模型,并且仿真分析了微光学结构参数与谐振腔特性和陀螺的极限灵敏度的关系.研制出基于微光学结构的空芯光子带隙光纤谐振腔的实验样品,完成了样品性能测试,在此基础上提出了下一步优化方案.研究结果为未来进一步研究基于微光学结构的谐振式空芯光子带隙光纤陀螺提供了理论和实验依据.     

Investigation of the guided-mode characteristics of hollow-core photonic band-gap fibre with interstitial holes

This paper investigates the guided-mode characteristics of hollow-core photonic band-gap fibre (HC-PBGF) with interstitial holes fabricated by an improved twice stack-and-draw technique at visible wavelengths. Based on the simulation model with interstitial holes, the influence of glass interstitial apexes on photonic band-gaps is discussed. The existing forms of guided-mode in part band gaps are shown by using the full-vector plane-wave method. In the experiment, the observed transmission spectrum corresponds to the part band gaps obtained by simulation. The fundamental and second-order guided-modes with mixture of yellow and green light are observed through choosing appropriate fibre length and adjusting coupling device. The loss mechanism of guided-modes in HC-PBGF is also discussed.     

Theoretical investigation of band-gap and mode characteristics of anti-resonance guiding photonic crystal fibres

With the full-vector plane-wave method (FVPWM) and the full-vector beam propagation method (FVBPM),the dependences of the band-gap and mode characteristics on material index and cladding structure parameter in antiresonance guiding photonic crystal fibres (ARGPCFs) are sufficiently analysed.An ARGPCF operating in the nearinfrared wavelength is shown.The influences of the high index cylinders,glass interstitial apexes and silica structure on the characteristics of band-gaps and modes are deeply investigated.The equivalent planar waveguide theory is used for analysing such an ARGPCF filled by the isotropic materials,and the resonance and the anti-resonance characteristics can be well predicted.     

Zero dispersion wavelength and dispersion slope control of hollow-core photonic bandgap fibres

This paper investigates the zero dispersion wavelength and dispersion slope control of hollow-core photonic bandgap fibres (PBGFs) by using a full-vector finite element method. By simulation we found that theoretically the zero dispersion wavelength can be tailored by respectively changing the rounded diameter of air holes, pitch, refractive index, normalized thickness of core rings, and hole diameter to pitch ratio. At the same time the tailoring of dispersion slope can also be realized by changing the rounded diameter of air holes or pitch or normalized thickness of core rings. To illustrate the reasonability of fibre designs, this paper also gives the variance of normalized interface field intensity which measures the scattering loss relatively versus wavelength for different designs. From the viewpoint of loss, varying the rounded diameter and the thickness of core ring could shift zero wavelength but it is difficult to get the required parameters within so tiny range in practical drawing of PBGFs, on the other hand, it is possible in practice to respectively alter the pitch and refractive index to shift zero wavelength. But varying hole diameter to pitch ratio is not worthwhile because they each induce large increase of loss and narrowness of transmission bandwidth. The zero dispersion wavelength can be engineered by respectively varying the rounded diameter of air holes, pitch, refractive index, and normalized thickness of core rings without incurring large loss penalties.     

新型空气孔长方形排列单模单偏振光子晶体光纤的数值模拟

提出了一种空气孔长方形排列的单偏振光子晶体光纤结构,并利用基于棱边/节点混合元的带有完全匹配层吸收边界条件的全矢量有限元方法对该结构进行了分析.对设计思路进行了详细说明.通过优化结构参数在理论上获得了波长在1.38—1.61 μm范围内仅有慢轴模且限制损耗低于0.1 dB/km的单模单偏振操作.关键词：光子晶体光纤单偏振限制损耗全矢量有限元方法     

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。     

新型超宽带双芯光子晶体光纤偏振分束器的研究

提出了一种新型超宽带双芯光子晶体光纤偏振分束器. 应用全矢量有限元法,系统地研究了光纤结构参数对偏振分束器带宽和偏振分束器长度的影响. 分析结果表明：增加掺氟区折射率,既能提高分束器带宽,也能减少分束器长度;增大光纤中空气孔的孔距及孔径与孔距比,可以增加分束器的带宽,但同时也会导致分束器的长度增大,使得器件尺寸增大. 因此,在设计中需兼顾分束器的带宽和长度来选取光纤的结构参数. 通过结构参数的优化,设计出一种短长度、高消光比和超宽带的偏振分束器,其长度为7.362 mm,消光比高于20 dB的带宽为600 nm.关键词：光子晶体光纤偏振分束器超宽带全矢量有限元法