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     

空芯光子带隙光纤色散特性的实验研究

针对空芯光子带隙光纤宽带宽、高效率、高精度的色散测量需求,本文基于干涉法,提出一种适用于测量空芯光子带隙光纤宽带色散的相位提取方法,建立了基于Mach-Zehnder干涉仪的色散测量系统,开展了空芯光子带隙光纤(HC-PBGF)色散特性的实验研究,重点对研制的19 cell HC-PBGF的色散特性进行了系统的实验研究.实际测量得到19 cell HC-PBGF在1400—1630 nm带宽范围内的基模色散曲线,开展了HC-PBGF的高阶模色散测量研究,测量得到了19 cell HC-PBGF四条高阶模色散曲线.实验测量结果与理论仿真结果吻合,研究成果为深入探究空芯光子带隙光纤的色散特性,推进其在高功率激光脉冲传输、大容量数据通信、光纤非线性等领域的应用具有重要意义.     

带隙型光子晶体光纤微观弯曲传输损耗特性分析

空芯光子晶体光纤由于独特的结构,具有不同于传统光纤在弯曲状态下的光传输特性。对空芯带隙型光子晶体光纤的微观弯曲损耗特性进行研究,利用改进型微弯器使光纤获得不同外力和弯曲条件下的响应,测量其传输谱。实验上分析了波长、压力、微弯振幅和微弯周期等因素对于光纤传输损耗的影响,利用模式理论分析给出了微弯损耗产生的原因。结果表明,带隙型光子晶体光纤的抗微弯能力强,由于表面模式的存在,在1520～1620nm波段内光纤微弯损耗随波长的增加而增大。带隙型光子晶体光纤的弯曲损耗随微弯振幅增大而增大,并且在一定范围内损耗随微弯空间周期的增加而增大,但当微弯周期超过一定的临界值时其损耗随之减小;微弯状态下光纤的表面模式、包层模式与损耗密切相关。     

FCC结构胶体光子晶体的制备及其带隙特性测量

基于对光纤传输特性和胶体光子晶体制备方法的研究,提出了用外加电场控制的方法制备光子带隙位于通讯波段的FCC结构的胶体光子晶体,并用光纤系统测试胶体光子晶体的带隙特性.采用RSOFT模拟了胶体光子晶体的带隙,分析了带隙位于通讯波段时所需的胶体微球的基本参量(微球折射率和直径).采用自组装的方法,用步进电机控制玻璃基片向上的拉升速率.速率为5 μm/s,同时外加一电场.用扫描电镜观测胶体晶体的表面形貌,并设计了单模光纤系统测量胶体光子晶体的带隙特性.测试的透射谱线表明胶体光子晶体的带隙中心波长为1552 nm.测试结果和模拟结果具有很好的一致性,误差只有2 nm.     

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     

基于光纤-胶体晶体的液体折射率传感实验研究

制备了胶体晶体,并利用胶体晶体的光子带隙对折射率传感进行了实验研究。从理论上分析了胶体晶体光子带隙中心波长的变化与折射率的关系。通过设计模具制备了胶体晶体-光纤结构,用扫描电镜对胶体晶体的表面进行了观察,并测量了胶体晶体的光子带隙的位置。结果表明胶体晶体的光子带隙的测试结果与理论分析相一致。设计了实验装置,利用光纤间的耦合对胶体晶体的光子带隙的变化进行了测试和分析。结果表明SiO2胶体晶体光子带隙的中心波长为1445.5nm,且在不同折射率液体环境下,其中心波长发生移动,能够形成新的传感机理。对胶体晶体在液体传感上的应用进行了探索。     

一维微波光子晶体带隙的仿真和实验研究

利用MPB软件和MEEP软件对一维光子晶体带隙结构及透射谱进行了仿真与实验研究.讨论了不同介质填充比和介质相对介电常数对光子晶体带隙结构的影响.仿真结果表明,当高相对介电常数介质的填充比增大时,或高相对介电常数增大时,光子晶体带隙的中心频率缓慢减小,带隙宽度呈先增大后减小的趋势,存在一极大值点.采用高相对介电常数介质薄板[钛酸钡(BaTiO<,3>)粉末混合聚二甲基硅氧烷(PDMS)胶体]和泡沫薄板周期性排列组成一维光子晶体.实验上制得了高低介质相对介电常数分别为4.5和1,填充比为1:1,晶格常数为10 mm,周期数为5的光子晶体,并测量出该光子晶体的微波透射谱.测量结果表明,在8～12 GHz的微波频段,该光子晶体的带隙中心频率为9.3 GHz,带隙宽度为500 MHz.     

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...     

空芯光子晶体光纤表面模损耗控制的研究

本文研究了纤芯结构对空芯光子晶体光纤光子带隙和传输损耗的影响,得到了适合光纤制备工艺的纤芯结构．首先利用平面波展开法计算了一定占空比三角形结构的空芯光子晶体光纤的带隙结构,给出了在传输波长λ=1．55μm时光纤的结构参数值,并模拟了纤芯直径对带隙位置和大小的影响,得出纤芯直径的取值范围,通过分析泄露损耗特性得出纤芯壁厚的取值．然后根据分析结果设计出了光纤端面图,运用全矢量有限元法模拟出在不同纤芯直径的情况下的模场分布,通过对比分析得出光纤的最佳纤芯半径R为1．6以-1．75A．研究结果表明,选择合适的纤芯结构既能满足空芯光子晶体光纤的光子带隙和损耗特征,又可以适当降低光纤制备工艺的难度．     

光子晶体光纤弯曲损耗特性研究

对光子晶体光纤的损耗特性进行了分析,并在实验上对两种典型的光子带隙型和全内反射型光子晶体光纤进行了研究.分别对两种不同结构的光子晶体光纤在弯曲半径2~15 mm范围内的损耗进行了测量.与传统光纤损耗实验结果的对比表明,两种光子晶体光纤的弯曲损耗均不明显,具有很强的抗弯曲损耗能力.实验也证实了光子晶体光纤弯曲损耗存在临界弯曲半径,在大于临界半径的情况下,几乎没有弯曲损耗.从结构上分析并证明光子晶体光纤弯曲损耗随填充比(d/Λ)的增加而减小,填充比越高弯曲损耗越小.     

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。     

随机光纤激光器中光纤与随机介质匹配问题的研究

降低阈值是随机激光实用化的前提, 随机光纤激光器是将随机增益介质填充到空芯光子晶体光纤中利 用其光子禁带来降低阈值的一种随机激光器. 理论分析表明: 在光子晶体光纤光子禁带的约束下, 随机光纤激光器中的大部分能量被集中在芯区传播, 这使局域在芯区的光与随机介质相互作用得到增强, 激发效率得以提高. 然而, 光纤填充介质后, 纤芯等效折射率发生了改变, 光子带隙也会随之移动, 因此当选用带隙光纤来降低阈值时, 只考虑光纤本身的带隙是不够的, 应考虑到介质的增益频率和填充后的光子带隙之间的匹配问题, 合理选择光纤或介质的材料, 如果匹配得当, 光子禁带对激光的调控能力会更强, 激光阈值有望得到更大程度的降低. 关键词： 随机激光 光子晶体光纤 光子禁带 阈值     

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。     

高质量三维光子晶体的制备及其透射谱研究

设计了简易的压强可控自组装实验装置,制备了由直径为260 nm的聚苯乙烯(PS)胶体球组成的面心立方光子晶体.分析了压强的变化对光子禁带(PBG)深度及光子带隙边缘(PBE)坡度的影响,确定了合适的压强生长环境(P=5999.5 Pa).利用该实验装置,还进行了光子晶体的小批量制备,一次性制得了三块光子晶体,并从不同角度对每一块光子晶体的透射谱及不同光子晶体的透射谱进行了测量.同一光子晶体不同位置透射谱的重合、同一批次制备的不同光子晶体透射谱的一致性及光子禁带两侧的Fabry-Pérot振荡等均说明:该装置制备的光子晶体在大区域、大面积上是高度有序、均一和平整的;利用该实验装置进行光子晶体的小批量制备是可行的.     

一维缺陷光子晶体温度的测量

采用Si和SiO₂两种介质材料构造一维缺陷光子晶体,缺陷层介质为Si,利用传输矩阵法对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了理论分析,并得到其带隙特性.由于缺陷的存在,使得光子晶体的透射谱中产生缺陷峰.当被测温度变化时,根据两种介质的热光效应和热膨胀效应,光子晶体介质和缺陷层的光学厚度和折射率发生变化,透射谱缺陷峰产生漂移,由缺陷峰的中心波长漂移量得到被测温度的大小.构建了一维缺陷光子晶体测量温度的实验系统,实验结果表明缺陷峰中心波长与光子晶体所受的温度呈线性关系,测量灵敏度为0—2 关键词： 温度测量 一维光子晶体 传输矩阵法 缺陷峰     

一维缺陷光子晶体温度的测量

采用Si和SiO₂两种介质材料构造一维缺陷光子晶体，缺陷层介质为Si，利用传输矩阵法对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了理论分析，并得到其带隙特性.由于缺陷的存在，使得光子晶体的透射谱中产生缺陷峰.当被测温度变化时，根据两种介质的热光效应和热膨胀效应，光子晶体介质和缺陷层的光学厚度和折射率发生变化，透射谱缺陷峰产生漂移，由缺陷峰的中心波长漂移量得到被测温度的大小.构建了一维缺陷光子晶体测量温度的实验系统，实验结果表明缺陷峰中心波长与光子晶体所受的温度呈线性关系，测量灵敏度为0—2     

毛细管中柱对称类面心结构胶体晶体的光谱特性

用体积浓度为30% 的低分散二氧化硅小球悬浮液注入毛细管中自组织生长成胶体晶体. 实验测量了这种胶体晶体的透射谱. 测量结果显示这种胶体晶体的透射谱的柱对称性. 在垂直毛细管轴向的平面内，谱带结构不随光的入射角度变化，测得光谱在径向转360°保持不变. 在含毛细管轴的平面内，在与毛细管轴向夹角越小的方向，谱带越紫移；在垂直毛细管轴方向有最红的带隙. 测量得的光谱结果表明这种毛细管内的胶体晶体结构是柱对称的, 胶体晶体中密排面平行于毛细管的管壁. 另外，此柱对称的胶体晶体比低浓度制作的体心胶体晶体稳定. 这种轴向对称性的光子带隙特性将带来许多潜在的应用. 关键词： 光子晶体 胶体晶体 光子带隙 透射光谱 毛细管     

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     

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.     

纤维光学 光纤材料与制备

TN252006010439光纤带隙型光子晶体光纤=Photonic bandgap fiber[刊,中]/宋学鹏(北京邮电大学光通信与光波技术教育部重点实验室.北京(100876)),黄永清…∥光通信研究.—2005(4).—57-60分析了光子带隙(PBG)型光子晶体光纤(PCF)的导光机制,介绍了它的典型结构、制作工艺和PBG的形成机理,探讨了其在光通信中的应用。图3参5(于晓光)TN252006010440两种扩束透镜光纤的研制与模场分析=Fabrication of twokinds of expanded core lens-fibers and analysis of modefield diameter[刊,中]/刘娅钊(中山大学光电材料与技术国家重点实验室.广东…