基于等效折射率方法的微结构光纤单模特性分析

等效折射率方法是在传统光纤理论的基础上发展而来的。阐述了等效折射率方法,利用矢量波动方程分析了微结构光纤包层空间填充基模的传播常数,以及有效折射率与波长的关系,并计算了纤芯缺陷分别为1孔、3孔、7孔时光纤的归一化频率。在传统光纤理论的基础上,通过对归一化频率的分析,讨论得出不同占空比时光纤的无尽单模区,以及单模区与多模区的特性变化,这为设计单模大模场微结构光纤提供了参考。对等效折射率方法做了进一步总结,分析了其应用优点和局限。     

单模光纤折射率分布对偏振模色散的影响

利用将任意非圆柱等效为椭圆的方法分析和计算了单模光纤中包层和芯层折射率分布不同心导致的偏振模色散，得到了两个偏振模式的传输常数差△β和偏振模色散△τ与偏心比、入射光的波长、芯层半径、相对折射率差的关系曲线，为实践中昼减小单模光纤的偏振模色散提供理论上的指导。与椭圆度引起的偏振模色散相比，不同心引起的偏振模色散具有相同的数量级。     

拉丝条件对光纤折射率的影响

针对光纤预制棒和由其拉制的光纤的折射率分布测量结果,分析赞成测量结果差异的原因。提出在拉制光纤时必须严格控制工艺,确保光纤性能一致性。     

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.     

光纤中单光子传输方程的求解及分析

量子信息在光纤中传输时,会受到光纤损耗、色散、非线性效应等多因素的影响,将产生传输态的演化与能量转移.本文以单模光纤传输方程以及电磁场量子化理论为基础,对单模光纤中基模模场进行量子化处理,推导并建立了考虑损耗、色散、非线性效应后的单光子传输方程.基于微扰法对单光子非线性传输方程进行了求解,给出了稳定解存在的必要条件及其所满足的色散方程.深入讨论了广域光功率随微扰频率的变化关系,并且分析了光纤色散、非线性效应对解的影响.为量子光纤传输系统性能的深入研究奠定了理论基础.     

高功率光纤激光器全内反射型大模场光子晶体光纤设计

在高功率密度下产生的非线性效应和材料损伤等问题限制了光纤激光器输出功率的进一步提高。利用大模场光纤降低光纤能量密度,提高非线性阈值是一种最为直接和有效的手段。以空气孔尺寸为光波长量级的全内反射型光子晶体光纤为对象,采用等效折射率模型分析了光子晶体光纤的单模特性,利用有限元法分析了结构参数对光子晶体光纤的模场面积和色散等光束质量参数的影响。设计了一种工作波长为0.40~1.55 m,模场面积为112.74~258.87 m2,且在1.27 m附近可补偿色散的大模场光子晶体光纤。该研究可为高功率光纤激光器大模场光纤的进一步参数优化设计及元件加工提供重要参考。     

掺杂对光纤紫外传输性能的影响

对光纤紫外传输特性进行了研究和分析.利用下陷内包层结构设计,对芯层采用不同含量的锗元素和氟元素掺杂,用等离子体化学汽相沉积工艺进行光纤研制,用相同光纤拉丝工艺制备了样品光纤.通过对所制备样品光纤的光学特性、传输损耗谱、紫外传输效率和稳定性等性能的对比分析测试,得到了光纤芯层不同掺杂含量对光纤紫外性能的影响,并使用光纤芯层中的缺陷对这些测试结果进行了分析,结果表明:光纤的紫外传输效率直接受芯层掺锗的影响,但紫外传输稳定性还受到光纤芯层中其他掺杂元素的影响,有新的缺陷产生作用.     

等效折射率模型研究光子晶体光纤的色散特性

应用等效折射率模型对折射率导模光子晶体光纤的群速度色散特性进行了详细的讨论。由于光子晶体光纤由单一材料(SiO2)制成,光纤的波导色散决定了总色散,因此讨论中将群速度色散分解为波导色散和材料色散,研究了波导色散与光子晶体光纤的结构参量孔距∧、相对孔径f的关系。分析表明,在f一定的情况下,光子晶体光纤的波导色散与孔距∧的关系符合麦克斯韦方程的比例性质;而在孔距∧确定的情况下,光子晶体光纤的波导色散的零点、极小值点位置与f在所讨论的波长范围内存在线性关系。最后举例说明了通过调整光子晶体光纤的结构参量,可以灵活地设计其色散特性。     

拉丝张力对光纤性能的影响

分析拉丝张力对光纤轴向应力、拉丝诱导缺陷、光损耗、强度、折射率分布、截止波长、瑞利散射系数等性能的影响。指出拉制光纤必须选择合理的拉丝张力，以确保光纤质量。     

孪生孔光子晶体光纤

在光子晶体光纤典型的空气孔三角形排布图案中,将每个空气孔替换为一对孪生空气孔对,孪生空气孔对之间有确定的间距和固定的轴向,并由其形成包层的基本单元.在端面中心位置缺失一孪生空气孔对,由高折射率的背景材料将光场束缚于此形成纤芯.在包层中所有的孪生空气孔对按照三角形规则均匀排列.在这种新型结构中,由于所有孪生空气孔对都具有相同轴向而使得两个正交方向上的折射率不对称,从而导致双折射效应.本文利用有限差分法进行数值计算,所设计孪生空气孔对光子晶体光纤在两个正交方向上的折射率差Δneff可达到10－4.孪生空气孔对结构参量可在一定程度上影响双折射效果,增大空气孔或减小孪生空气孔对内部间距都可在一定程度上增大双折射效应.     

长周期光纤光栅包层模特性及其对传输谱的影响

从模式耦合理论出发,用数值计算的方法分析了长周期光纤光栅的包层模中各不同阶次模式的有效折射率及其交/直流耦合系数随波长以及阶次的变化规律.研究发现包层膜有效折射率、直流耦合系数及奇数阶次的交流耦合系数都随着波长的增加而减小.而阶次高的模式对应的有效折射率以及奇数阶交流耦合系数随波长的变化速率较之低阶次的来说要大.进一步分析了直流耦合系数对谐振峰值位置的影响,并且揭示了相邻谐振波长的峰值位置之差随波长而逐渐增大的原因.     

光纤陀螺光纤环的热应力分布仿真分析方法

针对光纤线圈较容易受温度影响的问题,从热至应力的角度,推导了由热应力导致的光纤陀螺的相位差离散数学公式,并在此基础上,对四级对称绕法绕制的无骨架光纤环建立了有限元模型。结合光纤陀螺工作环境的栽荷和边界条件对其不同温度下的热应力分布进行仿真分析。仿真分析结果表明,光纤环内侧受到的热应力较大,高低温下热应力值分别达到最大和...     

少模光纤布拉格光栅折射率传感的分析与测量

理论分析和模拟计算了少模光纤布拉格光栅基模及高阶模的耦合与传输特性,得到在相同外部折射率变化情况下,少模光纤基模与高阶模耦合对应的布拉格波长变化,比正、反向基模之间耦合对应的布拉格波长变化显著增大.实验上制作了少模光纤布拉格光栅,测量了基模之间以及基模与高阶模之间对应的布拉格波长随外部折射率、温度变化的情况,得到与理论分析相符的结果.而对于温度变化对折射率测量结果干扰的问题,提出了通过计算布拉格波长差来克服温度影响的方法.这些结果为采用布拉格光纤光栅测量外部折射率变化提供了一种新的途径.     

光子晶体光纤布拉格光栅传输谱特性的分析

研究光子晶体光纤中光纤光栅的传输谱特性对于研制基于光子晶体光纤的光纤光栅器件有着重要的意义。结合耦合模理论和光束传输相关函数方法,对一种典型光子晶体光纤中的布拉格光栅(FBG)传输谱进行了理论分析。比较了光子晶体光纤中布拉格光栅与常规布拉格光栅的传输谱。数值分析了光纤截面结构变化对于光栅传输谱的影响,并给出这种影响的定性解释。计算结果显示,与常规光纤光栅相比,包层模共振引起的损耗峰与正反向纤芯模耦合引起的损耗峰可以相比拟,而包层模共振的间隔也比常规光纤中光纤光栅的包层模共振间隔要大。同时给出了晶体光纤截面上空气孔的占空比,空气孔的排布层数对于传输谱影响的规律。     

Design and characterization of single mode circular photonic crystal fiber for broadband dispersion compensation

In this paper, we present a single mode circular photonic crystal fiber (C-PCF) for broadband dispersion compensation covering 1400 to 1610 nm wavelength band over the telecommunication windows. Investigations of guiding properties are carried out using finite element method (FEM) with circular perfectly matched layer boundary condition. Numerical study reveals that a negative dispersion coefficient of about −386.57 to −971.44 ps/(nm km) is possible to obtain over the wavelength ranging from 1400 to 1610 nm with a relative dispersion slope (RDS) of about 0.0036 nm⁻¹ at 1550 nm wavelength. In addition, the single mode behaviour of C-PCF is demonstrated by employing V parameter. According to simulation, it is found that the proposed C-PCF acts as a single mode fiber within 1340 to 1640 nm wavelength. Moreover, effective dispersion, relative dispersion slope, birefringence and confinement loss are also presented and discussed.     

饱和长度对少模光纤光栅影响的数值仿真

对折射率剖面非均匀的少模光纤Bragg光栅(FM-FBG)的反射特性进行了数值仿真，研究了光纤侧面紫外曝光法制作的光纤光栅中饱和长度的影响.用试射法（shooting）数值求解了耦合模方程，得到FM-FBG的反射谱.仿真结果表明，在纤芯和包层边界的最大光致折射率变化量和纤芯吸收因子不变的情况下，随着纤芯折射率变化的饱和长度的增大，LP01和LP11模间的互耦合反射峰呈抛物线形变化,当饱和长度增大到一定值后，互耦合反射峰随饱和长度的增大而逐渐减小并最终消失;同阶LP模的自耦合反射峰随饱和长度的增大而增大.     

Theoretical study on the multimodeness of a commercial endlessly single-mode PCF

We report a theoretical study on the characteristics of a commercial photonic crystal fiber claimed to be endlessly single mode, i.e. the LMA-15 fiber. The study was carried out using a finite element leaky mode solver. By using a loss discrimination between the fundamental and higher order leaky modes as a multi/single-mode criterion, we obtained that the fiber is obviously multimode in short wavelengths, even for long length beyond the practically usable length of the fiber.     

长周期光纤光栅透射谱计算方法的比较与分析

长周期光纤光栅透射谱的求解方法有多种,本文以耦合模理论为基础,对常用的积分法、公式法、传输矩阵法求解长周期光纤光栅的透射谱进行比较与分析,指出这三种求解方法各自的特点和适用条件.积分法可在较宽波长范围内直接得到多个模式透射谱的精确解,但求解过程繁琐,运算量大;公式法虽然在表述和计算上较为方便,但只能在较小波长范围内直接求解单个模式的透射谱;传输矩阵法求解过程简便、准确度高、计算量相对较小,特别适合计算一些非均匀光纤光栅的透射谱.该研究为选择一种精确度高且理论和计算都较简单的计算长周期光纤光栅透射谱的方法提供理论依据.     

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．