一种基于结构性改变的光子晶体光纤光栅理论研究

对一种新型基于结构性改变的光子晶体光纤光栅原理进行了研究.采用多极法分析了结构性改变对折射率的影响,得到有效折射率与包层气孔塌缩之间的关系,建立了结构性改变光子晶体光纤光栅模型.利用耦合模理论对所成光栅性能进行了分析,重点研究了包层空气孔层数、空气孔占空比、气孔塌缩程度对光栅谐振波长、带宽的影响.研究结果表明,光子晶体...     

光子晶体光纤长周期光栅栅区塌陷程度的理论研究

采用局域耦合模理论对一种光子晶体光纤长周期光栅的耦合机理和特性进行了研究.建立了栅区模型,用局域耦合模理论和传统的耦合模理论模拟出LP01和LP02、LP01和LP11耦合的透射谱,并进行比较.从理论上分析局域耦合模理论对光子晶体光纤长周期光栅的适用性,研究了栅格个数、栅格周期和光栅栅区对透射谱的影响.模拟结果表明:随着栅格周期的增大,谐振波长向短波方向移动;随着栅格个数的增加,透射峰深度增加;随着栅区塌陷深度的增加,谐振波长向长波方向移动.     

光子晶体光纤长周期光栅的谐振波长特性研究

利用有限差分法和耦合模理论分析了光子晶体光纤结构参数等因素对光栅周期调节长周期光栅谐振波长作用的影响,结果表明:对于同种光纤,可通过增大或减小光栅周期来减小或增大谐振波长;若占空比f增大或减小,可通过减小或增大光栅周期来保持谐振波长不变;若比例系数M增大或减小,可以成正比增大或减小光栅周期来保持谐振波长不变;在只是空气孔层数增加的系列光纤中,在长波处,为取得同一谐振波长,光栅周期需要增大数个m,但在短波处则正好相反;内层气孔对光栅周期调节谐振波长的作用影响较大,而第5层以外各层的影响十分微弱。综合利用这些规律,可以快捷地选择合适的光栅周期,高效率地制备有合适谐振波长的光子晶体光纤长周期光栅。     

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     

长周期光纤光栅结构参数与透射谱关系的仿真研究

利用光纤3层模型理论,通过仿真研究发现长周期光纤光栅结构参数与透射谱的变化有规律性关系,给出了一阶低次包层模与导模耦合时透射谱的变化规律。当长周期光纤光栅的纤芯、包层的半径和折射率增大时,谐振波向短波方向漂移;当长周期光纤光栅周期增大时,谐振波向长波方向漂移;当长周期光纤光栅长度增加时,谐振波没有漂移现象,但是其深度减小。通过综合分析发现:谐振波漂移方向比较明确,但是损耗峰深度的变化并没有明显的规律。     

光子晶体光纤模场直径增加方法

通过加热光子晶体光纤,其包层中空气孔由于表面张力的作用而塌缩减小。理论和实验结果表明,空气孔的塌缩在满足波导的渐变条件下,引入的能量损耗非常小。空气孔的塌缩减小,可以有效地增加光子晶体光纤的模场直径,从而不仅可以提高光耦合的效率和光纤端面的损伤阈值,而且可以降低与其它模场直径不匹配的普通光纤的熔接损耗。     

结构性改变长周期光子晶体光纤光栅成栅机理研究

详细分析了光子晶体光纤包层气孔塌缩对光纤传输特性的影响,建立了包层气孔塌缩结构模型,利用有限元法和局域耦合模理论对环形结构改变下形变区域的有效折射率分布和模式耦合系数进行了计算,得到了调制区域各模式的有效折射率和耦合系数分布.研究了基模和包层模的耦合规律,得到了纤芯基模(LP01)和包层模(LPll,LP02)耦合下的...     

光子晶体光纤光栅谱特性的数值模拟研究

应用多极法理论和传输矩阵法,对基于包层空气孔为正六边形对称结构的光子晶体光纤的布喇格光栅特性进行了计算和仿真。对比研究了常规单模光纤所成光栅与相同光栅周期的光子晶体光纤布喇格光栅反射谱之间的差异,重点研究了光子晶体光纤的结构参数变化(间隙孔半径、层数)与光子晶体光纤光栅的谐振峰变化规律。当光子晶体光纤的间隙孔半径增大时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现蓝移;当光子晶体光纤的间隙孔径不变、层数增加时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现红移。     

热激法光子晶体光纤光栅制备工艺中热传导特性研究

研究了基于结构性改变的光子晶体光纤光栅的热激法制备工艺,理论分析了此种工艺的成栅原理,采用热传导理论和有限元法研究了制备过程中光子晶体光纤中的温度场分布,以及包层空气孔结构和激光参数对成栅效果的影响.研究结果表明,利用光子晶体光纤包层空气孔周期性塌缩可以形成光栅;采用两点热激法时,能够实现能量在光纤径向均匀分布,轴向近似于高斯分布;包层气孔结构加速了成栅过程,相同光斑尺寸下,光纤塌缩所需激光功率随气孔层数和气孔半径的增大而减小;最后,对包层空气孔结构为1层到7层的光子晶体光纤热激过程进行仿真,得到了空气填 关键词： 光纤光栅 光子晶体光纤 热激法 有限元法     

金属包层长周期光纤光栅的理论和实验研究

金属包层长周期光纤光栅可用于对谐振波长的调谐。通过实验和理论研究了长周期光纤光栅在沉积金属包层前后谐振波长的变化规律。分析了金属包层光纤的特点,给出了金属包层光纤包层模的本征方程,并给出了这一复本征方程的求解方法。长周期光纤光栅在沉积金属包层后,对低阶包层模,谐振波长会向长波方向偏移,模次增加,偏移会增大;对高阶包层模,谐振波长向短波方向偏移。不同金属包层,谐振波长的偏移量也有一定差别。所给出的理论分析方法,可用于预测谐振波长的偏移方向和大小,对设计和制做这类长周期光纤光栅提供理论参考。     

长周期光纤光栅的折射率敏感特性

利用光波导的耦合模理论分析了长周期光纤光栅(LPFG)的折射率传感特性,给出了LPFG 的谐振波长相对于环境折射率变化时的漂移量解析表达式.对 LPFG 的折射率传感特性进行了数值模拟.结果表明:在光栅周期不变的情况下,当包层折射率小于且接近外界环境折射率时,波长的漂移量增大,且对应的模次越高、包层半径越小、包层折射率越小,波长漂移量越大,即 LPFG 对应于外界折射率传感灵敏度得到显著提高;当外界环境折射率大于包层折射率时,光栅的谐振波长将近似不变.     

C6v对称TIR-PCF结构参量对基模非线性系数的影响数值研究

用多极方法数值研究构成六重对称(C6v)全内反射型光子晶体光纤(TIR-PCF)各种结构参量对波长在1.55 μm基模非线性系数的影响.数值结果表明包层空气孔层数、空气孔直径、间距、相对孔径对基模非线性系数都有不同程度的影响,其中空气孔层数的影响较小,在其它参量不变时波长越大基模非线性系数越小.层数与间距一定在波长1.55 μm时包层空气孔直径越大基模非线性系数越大,层数与包层空气孔直径一定时间距越大（相对孔径越小）基模非线性系数越大,在层数与相对孔径一定时基模有效面积随空气孔半径与间距的同比增大而减小.     

基于包层模的光纤布拉格光栅折射率传感特性

提出了基于光纤布拉格光栅(FBG)包层模式的折射率传感方案。实验中,利用不同浓度的丙三醇水溶液作为外界折射率传感溶液,采用氢氟酸溶液化学腐蚀的方法来减小光纤包层的直径以增大包层模式对外界折射率的敏感度,研究了腐蚀后光纤布拉格光栅包层模式的耦合波长对外部折射率的变化关系。实验结果表明在1.3300~1.4584的折射率范围内,包层模式耦合波长随外界折射率增大而增大,在接近光纤包层折射率处具有很高的折射率灵敏度,最大达到了172 nm/riu(refractive index unit)。而且,包层模谐振的光谱半峰全宽(约0.07 nm)仅为布拉格纤芯模谐振光谱半峰全宽的1/4,能够获得更好的传感精度。     

空芯带隙型光子晶体光纤整体空气孔包层导光特性研究

 传统光纤包层中仅存在泄漏的倏逝波,能量较小,不利于包层传感的应用。增大包层中的能量,实现整体包层导光是提高光纤传感灵敏度的有效途径。从理论上分析了利用空芯带隙型光子晶体光纤(HC-PCF)包层进行导光的机理。在实验上选用带隙外的冷光源和激光对一种典型结构的HC-PCF进行了空气孔包层的导光实验,并利用折射率引导型光子晶体光纤和单模光纤进行对比实验。结果表明,带隙范围外光波在HC-PCF中传输时将不受禁带效应的约束泄露至包层中重新分布。包层中SiO2与空气孔的周期型结构将光波约束在高折射率介质中,实现HC-PCF整体空气孔包层中光波的稳定传输。PBG-PCF包层的整体导光在传感上有提高灵敏度的潜在价值。     

表面镀层长周期光纤光栅双峰谐振及其透射谱研究

采用严格的耦合模理论,通过求解表面镀层长周期光纤光栅的特征方程,给出了双峰谐振波长的确定方法,以及它与光栅周期和模式序数之间的关系。结果表明,对应于较高次的包层模式,存在双峰谐振现象,且包层模式序数越高,与芯模产生谐振耦合所需的光栅周期越小。进一步讨论了双峰谐振波长的间距随薄膜参量与光栅参量变化的关系,描绘了这些参量对透射谱衰减谐振峰的影响,理论分析结果与X.W.Shu的无镀层长周期光纤光栅实验结果一致。这些研究为建立高灵敏的双峰谐振薄膜传感器提供了结构优化的理论支持。     

传输可见光的空芯光子带隙光纤的研究

利用全矢量平面波展开法(FVPWM)对采用改进的两次堆积法制备的空芯光子带隙光纤进行了数值模拟.在特定传播常数β下,光纤在500—1000 nm的波段内出现多条宽窄不同的有效光子带隙.依据有效折射率的不同,部分带隙中的空气-导模将以不同的形式存在.经过实验测试,发现测得的带隙位置相对于模拟结果向短波段发生了较明显的移动,主要原因被认为是光纤结构的纵向不均匀性和包层节点处间隙孔的存在. 关键词： 空芯光子带隙光纤 全矢量平面波展开法 有效光子带隙 空气-导模     

液体填充光子晶体光纤长周期光栅双谐振温度传感器的设计与优化

本文在正六边形光子晶体光纤长周期光栅包层空气孔中选择性填充液体材料,设计并优化一种高灵敏度长周期光栅双谐振温度传感器。基于模式耦合理论建立光纤光栅传感模型,发现在包层空气孔填充特定折射率液体材料后,同一光栅周期下,模型分别在短波长、长波长处出现透射谐振峰,然后利用全矢量有限元法在完美匹配层边界条件下对模型的温度特性进行了数值分析。结果表明:当包层空气孔中填充磁流体时,随着温度的升高,左峰(短波长处)中心波长蓝移,右峰(长波长处)中心波长红移,且左、右峰间隔随温度变化曲线近似线性,其温度灵敏度为11.40nm/℃;当第一层空气孔中填充折射率温度系数更高的乙醇,其他空气孔中填充磁流体时,左、右峰间隔的温度灵敏度为2.99nm/℃。     

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。     

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.     

长周期光纤光栅谐振波长的特性研究

研究了长周期光纤光栅谐振波长与光纤参数及光栅周期的变化关系,发现高阶包层模与低阶包层模具有完全不同的特点,在各种参数变化时两者的谐振波长向相反的方向移动。通过实际制作周期分别为１００μｍ和４００μｍ的光栅证实了这种差别。得到了一些有益于长周期光栅设计和制作和结论。