光子晶体光纤非线性系数的数值计算

针对全反射型光子晶体光纤在短波长处的横向电场分布特点,在忽略空气孔内极为微小的电场影响下,将光纤等效为阶跃型光纤,导出一种新的计算有效折射率的方法.结合Sellmeier公式推出光子晶体光纤的非线性系数与其两个几何结构参量和波长的简洁解析关系.对非线性系数随着这些参量的变化进行了数值计算与讨论,得出非线性随着空气孔直径或空气孔直径与孔间距比d/Λ值的增大成指数上升的规律.在波长为0.55 μm和0.85 μm时,非线性系数分别可高达3.5和2.54 m－1W－1.     

基于双芯光子晶体光纤的中红外表面等离子体共振低折射率传感器

为了在中红外区域实现气凝胶、七氟醚(麻醉剂重要成分)等物质的折射率检测,拓展折射率检测范围,提出了一种基于双芯光子晶体光纤的表面等离子体共振低折射率传感器.光子晶体光纤由两种大小不同的空气孔围绕中心气孔构成,通过对光纤抛磨,最外侧大空气孔直接与待测物质接触,实现基于金属外涂覆的折射率实时测量.采用全矢量有限元法对该传感器的理论模型进行分析,结果表明,在1.12～1.37折射率范围内,传感器的共振波长位于中红外区域2 505～3 181nm,最高灵敏度为12 000nm/RIU,分辨率为8.33×10-6.该传感器利用中红外波段实现了低折射率检测,并且获得了超宽的检测范围和较高的灵敏度,在化工检测、生物医学传感以及水环境监测等领域具有广泛的应用前景.     

基于表面等离子体共振和定向耦合的光子晶体光纤传感器

设计了一种具有较大动态检测范围的新型光子晶体光纤折射率传感器。光子晶体光纤中一个空气孔镀上金纳米薄膜作为表面等离子体共振传感通道用来检测低于石英基底材料的液体折射率,一个空气孔填充待测液体作为定向耦合器通道用于检测高于石英基底材料的折射率。该传感器可以实现折射率为1.32~1.52范围内的检测,且具有较高的传感灵敏度。在各向异性的完美匹配层(PML)下利用全矢量有限元法(FEM)对该传感器特性进行了数值研究,结果表明:在1.32~1.44和1.46~1.52的折射率范围该折射率传感器灵敏度最高分别可达13500 nm/RIU和28700 nm/RIU,RIU为折射率单位。     

光子晶体光纤和波导

文章简述了光子晶体光纤和光子晶体波导的类型,导光原理及制作方法等,展示了近年来它们的进展及重要的应用前景。     

光子晶体光纤特性及光通信中的应用

首先概要介绍了光子晶体光纤的发展进程、导光机理和分类。然后讨论了其三个突出的优点:单模传输特性、高非线性效应和可控群速度色散特性。最后探讨了它在光通信中的应用前景:产生超短脉冲、光参量放大和超连续谱的产生。     

光子晶体光纤气体传感灵敏度的有限差分法分析

提出了一种适合于高灵敏度气体传感器的新型光子晶体光纤结构.采用全矢量频域有限差分方法,研究了基于不同结构光子晶体光纤的气体传感器的相对灵敏度.由全矢量频域有限差分法,通过直接求解由麦克斯韦方程组导出的标准特征值方程,可以得到光纤中可能存在的不同模式的传播常量、电场分布和磁场分布.分别给出了三种不同结构光子晶体光纤在波长为1.3312 μm处,与结构参量变化对应的相对灵敏度变化以及在不同波长情况下的相对灵敏度变化.结果证明,该新结构具有较其它代表性的折射率引导型光子晶体光纤结构更高的灵敏度,特别适合作气体传感器.     

基于光子晶体光纤的弱压力传感器研究

利用有限元法仿真了光子晶体光纤的双折射与横向压力之间的关系,研究弱压力条件下光子晶体光栅的特性。虽然光子晶体光纤比传统的阶跃光纤对压力更为敏感,但弱压力导致的双折射变化很小,应用测量布拉格波长的变化测量压力的变化比较困难。采用偏振相关损耗来测量外界微弱压力导致的双折射变化。仿真结果表明：利用偏振相关损耗的方法,测量灵敏度可达0.75dB/MPa。     

基于铜离子沉积石墨烯涂层锥形光子晶体光纤的硫化氢传感器

提出一种基于铜沉积石墨烯涂层光子晶体光纤马赫-曾德干涉的硫化氢气敏传感器.将45mm光子晶体光纤两端与单模光纤进行拉锥熔接,使得光子晶体光纤的空气孔熔接时形成塌陷层,更好地激发包层模式,形成基于马赫-曾德结构的干涉仪.采用单层石墨烯粉体,加入异丙醇分散液,反复浸涂至光子晶体光纤包层表面形成石墨烯涂层,并沉积铜纳米颗粒,使传感器对硫化氢气体具有高的响应度.实验结果表明,在硫化氢气体浓度为0~60ppm范围内,随着被测气体浓度不断增大,其输出光谱呈现明显蓝移,传感器灵敏度为0.042 03nm/ppm,且线性度良好.该传感器成本低、灵敏度高、结构简单,适用于低浓度硫化氢气体的在线监测.     

飞秒激光加工光子晶体光纤微型F-P传感器研究

利用飞秒激光脉冲在光子晶体光纤上熔切出微小矩形孔从而构成光纤法珀干涉腔,并对这种传感器进行了实验测试,在0~1 500 με的应变范围内,干涉条纹波长相对于应变的灵敏度为0.003 6 nm/με,线性度达0.998 9.在－20 ℃~100 ℃其温度系数为0.958 nm/℃.利用飞秒激光在光纤上加工F-P腔方法简单,能够实现光纤F-P腔的规模化批量制造.     

光子晶体光纤温度压力传感器

提出了一种在高温环境下同时测量温度和气压的光子晶体光纤温度压力传感器.在普通单模光纤和光子晶体光纤之间熔接一段空心光纤构成干涉结构.空心光纤段构成非本征法布里-珀罗干涉仪,利用光子晶体光纤的微孔与外界相通,通过气体折射率变化来测量环境中的气压变化;光子晶体光纤段构成本征法布里-珀罗干涉仪,利用热膨胀效应和热光效应来测量环境中的温度.传感器的解调通过自制的白光干涉解调仪实现,实验通过测量腔长得到被测环境的温度和气压.在不同温度和气压环境下,对腔长分别为306μm和1535μm的温度压力光纤传感器进行连续测量.实验结果表明,传感器能够在28~800℃的温度下和0~10 MPa的气压下稳定工作,测量范围内温度灵敏度可达17.4 nm/℃,压力灵敏度随温度增加而降低,在28℃时可达1460.5 nm/MPa.     

空心光子晶体光纤

利用传输常数来认识空心光子晶体光纤的导光机制,并介绍了一种新型全方向波导光纤,最后报道空心光子晶体光纤应用研究的一些进展。     

光子晶体光纤

近几年来，光纤家族又增添了一个新的成员——光子晶体光纤。该光纤对于传统意义的光纤而言，其传输机理有着本质上的差别，因而无论是在通信领域还是在光纤传感领域，都引起了人们极大的兴趣。并被誉为下一代光纤。具有微观结构是光子晶体光纤的主要特点。按照传光机理，通常将光子晶体光纤分为两类：全内反射效应型和光子带隙效应型。本文简要的介绍并讨论了这两种光子晶体光纤有别于谱通光纤的基本特性。     

光子晶体光纤非线性系数与其结构参量及光波长的关系

推导计算了全内反射型光子晶体光纤的非线性系数与其两个几何结构参量:包层空气孔半径和空气孔间距之间的关系,给出了输入光波长为1550 nm处,非线性系数与这两个结构参量之间的关系曲线并对其进行了分析.给出了全内反射型光子晶体光纤的非线性系数随输入光波长变化的曲线,分析了短波处高非线性系数产生的原因并指出这一特性的应用潜力.     

超低温度系数的光子晶体光纤Sagnac压力传感器

 提出了一种基于光子晶体光纤Sagnac干涉仪的横向压力传感器。使用的光子晶体光纤为低双折射光纤,首先预先在Saganc环中的光子晶体光纤上施加初始压力,使Sagnac干涉仪产生正弦干涉光谱,然后再将被测物体放在光子晶体光纤上,由于被测物体重力的作用,Saganc干涉仪输出的光谱产生移动,实现横向压力传感测量。传感器具有高灵敏度0.529 nm/(N·mm)及超低的温度系数-0.4 pm/℃,其环境温度的影响可以忽略。     

超低温度系数的光子晶体光纤Sagnac压力传感器

提出了一种基于光子晶体光纤Sagnac干涉仪的横向压力传感器。使用的光子晶体光纤为低双折射光纤,首先预先在Saganc环中的光子晶体光纤上施加初始压力,使Sagnac干涉仪产生正弦干涉光谱,然后再将被测物体放在光子晶体光纤上,由于被测物体重力的作用,Saganc干涉仪输出的光谱产生移动,实现横向压力传感测量。传感器具有高灵敏度0.529 nm/(N·mm)及超低的温度系数-0.4 pm/℃,其环境温度的影响可以忽略。     

光子晶体光纤及其在光通信中的应用

简述三类光子晶体光纤(Photonic crystal fibers,PCF)的结构、导光机制及特性,介绍了PCF的研究现状和在光通信中的应用,并探讨了PCF的应用前景。     

同时测量扭转角度和扭转方向的侧漏光子晶体光纤扭转传感器

基于所研制的侧漏型光子晶体光纤,提出并构建了出一种同时检测扭转角度 和扭转方向的高灵敏度Sagnac干涉仪型光纤扭转传感器.顺时针扭转时, 传感器传输谱向短波长方向偏移;逆时针扭转,向长波长方向偏移. 对传感器扭转特性的实验研究结果表明,构成Sagnac干涉仪的侧漏型光子晶体光纤的长度, 对扭转敏感系数和扭转角度测量范围起着决定性作用.当光纤长度较短时, 扭转传感器具有较大的扭转灵敏度,但扭转角度测量范围较小;光纤长度增加时,扭转灵敏度减小, 扭转角度测量范围增大.当构成Sagnac干涉仪的侧漏型光子晶体光纤长度为14.85 cm时, 传感器的扭转敏感系数可达到0.9354 nm/(°),扭转角度测量范围为-90°—90°; 光纤长度为32 cm时,最大扭转敏感系数降为0.2132 nm/(°), 扭转角度测量范围扩展至-180°—180°. 采用二维测量矩阵法可以有效排除温度对扭转角度的测量的影响. 关键词： 光纤传感器 侧漏型光子晶体光纤 扭转传感器 Sagnac干涉仪     

光子晶体光纤色散极值特性的研究

采用全矢量有效折射率法计算光子晶体光纤的色散系数,深入分析了光子晶体光纤色散系数与结构参数之间的关系,发现色散系数随着结构参数的变化具有双极值特性:1)当Λ值保持不变时,随着d/Λ值的减小,零色散波长向长波方向移动,在达到极大值后,则转向短波方向移动,例如当Λ=2.3μm时,极大零色散波长出现在约d/Λ=0.24处,约为1728.9nm,当Λ取不同值时,较小的Λ值,会对应有较大的极大零色散波长;2)当d/Λ值保持不变时,随着Λ值的减小,零色散波长向短波方向移动,在达到极小值后,则转向长波方向移动,例如当d/Λ=0.9时,极小零色散波长出现在约Λ=0.6μm处,约为564.29nm,当d/Λ取不同值时,该比值越大,则会对应着越小的极小零色散波长。这一发现对于优化设计特种光子晶体光纤具有一定的价值。     

高功率光子晶体光纤激光器温度分布研究

对高功率光子晶体光纤激光器温度分布问题进行了理论研究.在分析光纤热产生机理和结构的基础上,建立了双包层光子晶体光纤激光器稳态切面温度分布简单模型,数值模拟了光纤径向的温度分布、纤芯温度和纤芯-表面温差与纤芯热负载的关系,研究了光纤结构对温度分布的影响;并就激光器光纤泵浦端面的冷却方案进行讨论,数值模拟了外界对流系数不同时纤芯温度的大小.结果表明：对高功率光子晶体光纤激光器采用风冷和水冷的方法可以降低热效应的影响.     

用阶跃有效折射率模型研究光子晶体光纤色散特性

在采用阶跃有效折射率模型研究光子晶体光纤的可行性方面，提出了将普通单模光纤、色散位移光纤、色散平坦光纤作为一定极限条件下的折射率引导型光子晶体光纤特例的观点.通过编程计算，并与文献报道的实验数据对比，表明应用本模型可以揭示光子晶体光纤所具有的奇异的色散机理.特别是应用本模型具有更快的计算速度.还用本模型分析了空气孔直径、周期及芯径对色散特性的影响. 关键词： 折射率引导型光子晶体光纤 阶跃有效折射率模型 色散