光子晶体波导定向耦合器

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后，就形成了光子晶体波导；将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体波导耦合研究，计算了不同耦合长度情形下的波导各个出口处的透过率，结果表明：光子晶体波导耦合遵循普通介质波导耦合的一般规律，也有定向耦合的功能。进一步的研究表明：对于不同的频率，光子晶体定向耦合器耦合系数是不同的，并且耦合系数和对应的频率之间近似直线关系。     

碲玻璃双芯光子晶体光纤耦合特性研究

以碲玻璃为基质材料,设计了八边形双芯光子晶体光纤.应用全矢量有限元法和模式耦合基本理论分析了八边形双芯光子晶体光纤中结构参数对耦合长度特性的影响.计算结果表明:在波长1.55μm处,减小孔间距可明显减小耦合长度,但只略微改变相对耦合长度;增大空气孔及椭圆率可略微增大耦合长度,但可明显增大相对耦合长度.当相对耦合长度为1时,设计的偏振分束器性能较理想.在此基础上,通过调节结构参数,设计了一种较短传输长度、高带宽、高消光比的偏振分束器,当光纤长度为139μm时,X、Y方向偏振光即可实现分离,消光比达到最小值-53.46dB,且在波长1.49μm~1.61μm,即带宽为120nm范围内,消光比小于-20dB,与同类型的高消光比和极短长度双芯偏振分束器相比,其综合性能比较突出.     

双芯光子晶体光纤中的模式干涉

应用全矢量超格子叠加模型分析了双芯光子晶体光纤(PCF)的模式特征.双芯PCF的基模和二次模分别由偏振方向不同的两个偶模和两个奇模组成，讨论了这四个模式的模式电场奇偶性.基于对双芯PCF模式电场奇偶性的认识，讨论了光纤中的矢量模式干涉问题.分析表明，不同偏振态模式的干涉不会引起芯间的功率转移，双芯PCF的芯间功率耦合是由相同偏振模式的干涉引起的.在相同偏振模式干涉过程中，光功率在两个芯子中呈余弦振荡，光纤的两个芯子一般存在约π／2的相位差.还讨论了两个不同偏振方向的耦合系数与波长的关系. 关键词： 光子晶体光纤 双芯光纤 模式 干涉 耦合     

一种覆盖全通信波段的新型宽带偏振无关双芯光纤定向耦合器的研究

提出了一种新型的双芯光子晶体光纤, 应用全矢量有限元方法分析了光纤各种结构参数对光纤宽带特性和偏振无关特性的影响. 在此基础上优化设计了一种50:50的双芯光子晶体光纤耦合器, 在1.225—1.675 μm波长范围内实现分光比小于1%、两偏振态之间的分光比差小于0.5%的优良特性. 由于引入了仅对偏振特性影响明显的相对独立的中心调制区, 不仅降低了光纤的优化设计难度, 而且实现了与普通单模光纤相匹配的模场特性, 能有效地降低耦合器的接续损耗与制作难度. 研究成果为研制接续损耗低、超宽工作带宽、偏振不敏感等特性的新型光定向耦合器提供了理论基础.     

双芯高双折射光子晶体光纤耦合特性研究

设计了一种双芯高双折射光子晶体光纤,采用多极法（multipole method）和光纤的模式耦合理论研究了光纤的双折射、耦合长度以及色散特性.数值研究发现,对于空气孔节距 Λ=1.2　μm,空气孔直径d=1.0　μm的光纤,在1.55　μm处双折射度为1.24×10^-2;对应x偏振模的耦合长度为21.6　μm,对应y偏振模的耦合长度为24.3　μm. 这种具有高保偏度和极短耦合长度的双芯光子晶体光纤对于微型光子器件的研制具有重 关键词： 光子晶体光纤 双芯 双折射 耦合长度     

基于非对称三芯光子晶体光纤的宽带定向耦合器研究

提出了一种基于三芯光子晶体光纤的定向耦合器。通过增大纤芯两侧空气孔直径来引入非对称纤芯,该方法有效地实现了1×3分束的目的。数值分析表明,该三芯光子晶体光纤定向耦合器的工作带宽可达113.9nm(具体为波长从1530.9～1644.8nm)且均匀性小于0.4dB、偏振相关损耗低于0.2dB。此外,这种结构能够有较大的制作容差,具体表现为器件长度在光纤长度(20.9mm)的±4%范围内变化都能保证工作带宽不小于80nm。     

基于游标效应的双芯光子晶体光纤温度传感器

设计了一种基于双芯光纤耦合效应和游标效应的高灵敏度温度传感器,传感器是由2个相差一定长度的双芯光子晶体光纤和单模光纤级联构成。双芯光子晶体光纤通过级联实现游标效应,同时对纤芯中间的气孔填充乙醇实现温度传感。仿真结果表明,该温度传感器在35℃～45℃范围内的平均温度灵敏度可达-20.37 nm/℃。与单纯依靠双芯光子晶体光纤能量耦合效应的传感器相比,该传感器的温度检测灵敏度提高了10倍。     

太赫兹双空芯光纤定向耦合器

设计了一种低损耗太赫兹双芯光子带隙光纤定向耦合器.采用全矢量有限元法对光纤的耦合特性、损耗和色散进行了理论分析.结果表明,这种光纤定向耦合器在1.55-1.80 THz范围内耦合长度小于1.8 cm,能够实现0.07THz范围内窄带耦合,且其损耗系数低于0.02 cm-1.这种耦合器将在太赫兹窄带滤波、波分复用、开关和偏振分离等技术中有潜在应用价值.     

中红外高保偏硫系玻璃双芯光子晶体光纤耦合特性研究

设计了一种中红外硫系玻璃双芯光子晶体光纤,利用多极法和模式耦合基本理论研究了这种光纤的耦合特性.数值模拟发现,空气孔间距Λ = 5.4 μm,空气孔半径为r = 1.35 μm,空气填充率d/Λ = 0.5的光纤,在归一化波长λ/Λ = 2.04 μm处双折射可以达到0.551×10^-2,在归一化波长λ/Λ = 0.93 μm处x偏振方向的耦合长度为145.32 μm,y偏振方向的耦合长 关键词： 双芯光子晶体光纤 硫系玻璃 双折射 耦合长度     

宽带色散补偿光子晶体光纤的设计与优化

提出了一种新型的宽带色散补偿光子晶体光纤。通过增大光子晶体光纤(PCF)包层第一环空气孔半径r1,同时优化孔间距和包层其它环空气孔,在1550nm波长处获得了低至-1906.4ps/nm/km的负色散值。针对常规单模光纤的色散特性,设计出了宽带色散补偿光子晶体光纤,可补偿23倍长度的常规光纤,补偿的带宽达330nm,这在WDM系统中对多个信道同时进行色散补偿具有非常重要的意义。     

基于氟掺杂双芯光子晶体光纤偏振光分束器的设计及研究

在光子晶体光纤二氧化硅材料中掺入氟元素、在光纤中引入七个椭圆空气孔以及三角形和矩形周期性空气圆孔,设计了一种氟掺杂双芯光子晶体光纤偏振光分束器.对该分束器结构参量进行优化,对分束器分离两正交偏振光的性能进行分析.结果表明:在优化结构尺寸下,当光纤长度为102.717μm的超短长度时,在1.55μm波长处具有超强的分离两束正交偏振光的能力,消光比可以达到126.442dB,具有60nm的有效带宽.此偏振光分束器在大容量光通信系统中具有重要的应用价值.     

一种新型光子晶体波导定向耦合型超微偏振光分束器

将两个二维空气孔光子晶体波导平行放置,两波导之间由三排空气孔相隔,构成一个定向耦合器.数值分析了TE(磁场平行于空气孔)和TM(电场平行于空气孔)偏振态光波在该定向耦合器中的传播行为.结果表明,减小耦合区两波导间的一排介质柱的半径,TE模的耦合长度减小,而TM模的耦合长度不变.基于此结构,设计了超微偏振光分束器,整个器件的尺寸为10.1μm,与已报道的24.2μm的结果相比,该器件具有更小的器件尺寸和更高的输出效率.     

Analysis of Coupling and Radiation Properties for an Improved Dielectric Waveguide Directional Coupler Utilizing a Tapering Left-Handed Slab Core

The coupling and radiation characteristics of an improved dielectric waveguide directional coupler with a tapering left-handed slab core located in the coupling region are analyzed by the staircase approximation method, which combines the building block approach and multi-mode network theory with a rigorous mode-matching procedure. Particular attentions are directed toward the radiation characteristics under different structural parameters of the coupler. Numerical results indicate that the proposed coupler is very promising by shortening the coupling length significantly while keeping the radiation loss at a low level.     

跑道型结构光子晶体波导定向耦合器

鉴于波导定向耦合器在集成光路以及光电集成方面的广泛应用,提出了一种基于光子晶体波导间高效耦合的光子晶体定向耦合器。通过主波导和耦合波导间的耦合,可以实现对波长为1 490 nm和1 550 nm电磁波的高效分光。在将器件长度控制在30 μm左右的同时,其总效率高达93.05%。另外,发现主波导和耦合波导间介质柱结构参数对电磁波的耦合周期有着极大的影响。并通过将介质柱沿z方向拉伸0.1a(a为晶格周期),设计了工作波长为1 530 nm和1 540 nm的光子晶体定向耦合器,器件长度仅为60 μm。通过拉伸介质柱的纵向长度,可以大幅减小耦合周期,这对缩小器件体积以及实现更为密集的波分复用有着重要的意义。     

双芯复合格点光子晶体光纤的负色散特性

介绍了一种双芯复合格点负色散光子晶体光纤,其包层是由连续电介质纯硅背景上挖出的两种大小不同的空气孔构成,芯区是由掺锗的高折射率的材料构成。为了实现负色散,还移去了包层中的一圈空气孔。采用频域有限差分法对其负色散特性进行分析表明,通过调整空气孔间距和两种空气孔的尺寸,可以得到不同程度的宽带负色散。当内芯半径取0.95μm,孔间距取2.15μm,大空气孔直径取1.9μm,小空气孔直径取1.1μm时,可在1.55μm处实现宽带负色散,其半峰全宽超过了200 nm。这种光纤的包层中空气孔呈六边形分布,空气孔的尺寸均大于1μm,降低了制作的难度。这种光纤可以用于波分复用光纤通信系统中的宽带色散补偿。     

熔锥型光纤耦合器的扭转响应

对熔锥型光纤耦合器进行了扭转响应研究.通过放置在耦合器一端的旋转装置对未封装的熔锥型光纤耦合器耦合区施加扭转作用.实验表明:耦合器的耦合比不但对扭转作用敏感,而且变化呈单调性;同时耦合器的附加损耗和工作波长不受扭转作用影响,并且这种扭转操作具有可重复性.通过扭转操作能够对生产出来偏离预定耦合比的耦合器进行调整,使之符合产品要求,提高生产效率.     

Theoretical simulation of a polarization splitter based on dual-core soft glass PCF with micron-scale gold wire

A polarization splitter based on dual-core soft glass photonic crystal fiber(PCF) filled with micron-scale gold wire is proposed. The characteristics of the polarization splitter are studied by changing the structural parameters of the PCF and the diameter of the gold wire with the finite element method(FEM). The simulation results reveal that the coupling length ratio of the soft glass-based PCF is close to 2 and the corresponding curve is more flat than that of the silica-based PCF.The broadband bandwidth is 226 nm in which the extinction ratio is lower than-20 d B by the soft glass-based PCF, i.e.,from 1465 nm to 1691 nm which is competitive in the reported polarization splitters, and the bandwidth is just 32 nm by the silica-based PCF. The insertion loss by our polarization splitter is just 0.00248 d B and 0.43 d B at the wavelength of 1.47 μm and 1.55 μm. The birefringence is obviously increased and the coupling length is decreased by filling gold wire into the soft glass-based or the silica-based PCF. Also the birefringence based on the silica-based PCF is much larger than that based on the soft glass-based PCF whether or not the gold wire is introduced. The fabrication tolerance of the polarization splitter is also considered by changing the structural parameters. The polarization splitter possesses broad bandwidth, low insertion loss, simple structure and high fabrication tolerance.     

硅基二维光子晶体耦合器理论研究

光子晶体是一种具有光子带隙的新型人工材料,利用其具有控制和限制光子运动的特性可以制成新颖的光学器件。利用硅基二维光子晶体,提出了一种4端口耦合器。采用时域有限差分法作为研究工具,TM模作为研究对象,从理论上分析了这种器件的特性。在不同的耦合长度下研究光在输出端的功率透射率。结果表明选择适当的耦合长度可以使光在器件中呈现不同的状态。进一步研究表明,通过改变器件内部介质柱的半径,可以改变光在输出端的输出功率。从而证实了这种器件不仅具有波长选择性,而且具有潜在的可调节性,这些特性使得这种器件在全光开关的应用上具有潜在的优势。     

Photonic Crystal Power-splitter Based on Mode Splitting of Directional Coupling Waveguides

In the paper, a novel power-splitting scheme based on two dimensional photonic crystal (2D PhC) is proposed. The structure can be divided into three sections, including the input waveguide, coupling region, and output region, and the latter two sections consist of two parallel waveguides placed in proximity. The operation principle of the splitter is that only one of the super-modes splitting from the directional coupler can propagate through coupling region in the frequency range of interest. The radius of air holes next to the guiding region in coupling region is increased to avoid the acute back reflection at the entrance to the input waveguide induced by the modes mismatch between the input waveguide and coupling region. While in output region, the radius of these corresponding air holes is also increased so that the two splitting super-modes have same propagation constants to avoid the coupling between the two output waveguides. Moreover, as the length of coupling region is varied, its influence on the splitting performance is discussed, and it is verified that the relationship between the splitter length and bandwidth has a trade-off.