微结构聚合物光纤中高双折射可调效应研究

通过在纤芯附近引入两个直径较大的空气孔诱导纤芯局部双折射,在包层减小x方向的孔间隔诱导包层双折射,设计实现了一种高双折射随波长可调效应的微结构光纤.采用全矢量平面波方法,以聚合物甲基丙烯酸甲酯为基材,对其偏振特性和基模模场进行了研究.结果发现,该光纤基模双折射在光通信波段呈现两个最大值,且最大双折射大小和位置随光纤结构和波长的变化可以进行调节.通过调节光纤结构参数,模拟得到了该光纤具有高双折射和零偏振模色散的最佳设计参数. 关键词： 导波与光纤光学 双折射可调 聚合物 全矢量平面波法     

一种基于肖特玻璃的新型高双折射光子晶体光纤

设计了一种基于肖特玻璃SF57的新型高双折射光子晶体光纤,在纤芯和包层同时引入椭圆空气孔,并且在包层的最内层对称地引入两个圆形空气孔.通过改变空气孔的间距和椭圆率,采用全矢量有限元法研究了该光纤的双折射、限制损耗和色散特性.数值研究发现,在纤芯中引入小椭圆空气孔,可极大地提高双折射的数值.通过优化光纤的结构参数,当孔间距Λ为1.60μm,椭圆率η为0.5时,在波长1.55μm处,双折射高达5.22×10-2,限制损耗低至8.82×10-10dB/m,且该光纤在1.0~2.2μm的波长范围内保持正常色散,可用于宽带色散补偿.该设计对研究新型背景材料的光子晶体光纤具有一定的意义.     

六角点阵蜂窝状包层光子晶体光纤中的高双折射负色散效应

设计了一种六角点阵蜂窝状包层光子晶体光纤,该光纤中心缺失一根空气柱形成纤芯,包层由椭圆空气孔和小圆空气孔组成.基于全矢量有限元法并结合各向异性完美匹配层边界条件,对其双折射、色散、非线性系数、约束损耗和模场等特性进行了数值模拟;计算了具有相同参数的椭圆状包层光子晶体光纤的双折射、色散及非线性系数.结果发现,若调整光纤结构参数为孔间隔Λ=1.15μm,空气孔椭圆率η=0.5,相对孔间隔比f=0.48,小圆孔直径d₁=0.4μm时,在波长1.55μm处,该光纤的双折射B高达1.02×10^-2,比传统光纤高约两个数量级,同时,该光纤在低损耗通信窗口C波段呈现负色散和负色散斜率,其色散斜率在整个C波段附近在-0.132—-0.121ps·km^-1·nm^-2范围内波动,非线性系数为45.7 km^-1·W^-1,约束损耗接近10² dB·km^-1.蜂窝状包层比椭圆状包层光子晶体光纤的双折射及大负色散特性明显提高,非线性系数低,更有利于进行色散补偿.     

微结构纤芯对光子晶体光纤基本特性的影响

本文设计了两种具有微结构纤芯的光子晶体光纤（PCFs）——矩形芯和椭圆芯PCFs,利用电磁场散射的多极理论研究了这两种光纤的基本特性.发现在光纤包层气孔不变的情况下,仅通过调节纤芯气孔的大小就可以灵活地调节光纤的双折射、色散和非线性特性.随着纤芯气孔半径r₁的增大,两种纤芯结构的PCFs表现出如下特点：双折射度增大且最大双折射度对应的波长发生红移,零色散波长由一个增加到三个,短波段非线性系数增大而长波段非线性系数减小.r₁=0.4 μm的椭圆芯PCFs的三个零色 关键词： 微结构纤芯光子晶体光纤 双折射 色散 非线性     

新型高双折射及色散平坦光子晶体光纤研究

用平面波展开法对光子晶体光纤中电磁场的Maxwell方程组进行了求解。将光纤截面作为超元胞衍生出一个无边界的二维周期性系统，光纤纤芯等效为光子晶体中的缺陷，借助平面波法对其性质进行研究，模拟了半导体中的超格子。运用上述超格子模型，对与纤芯同列孔半径可变的高双折射及与包层中纤芯距离最近的孔半径可变的色散平坦光子晶体光纤的光学性质进行了研究，发现与纤芯同列的孔半径变化时，其双折射比传统光纤更强，而当包层中距离纤芯最近的孔半径取特定值时，可得到近零色散平坦光纤并在大范围内获得反常色散。与传统光纤和普通光子晶体光纤相比，这种新型的色散平坦光纤在密集波分复用（DWDM）光通信系统中具有更高的应用价值。     

八边形结构的双折射光子晶体光纤

提出一种新型的双折射光子晶体光纤,在正八边形的基础上改变纤芯附近的几个空气孔的直径产生双折射.利用多极法对该光纤基模的模场分布、色散、限制损耗及双折射特性进行数值分析,并且分析了一些参数对双折射的影响.计算了具有相同参数的六边形结构光子晶体光纤的色散系数、限制损耗及双折射率.研究表明,具有相同参数的八边形结构光子晶体光纤比六边形结构光子晶体光纤的双折射率明显提高,限制损耗大幅度减小,零色散波长也向短波方向移动. 关键词： 光子晶体光纤 双折射 色散 限制损耗     

菱形纤芯光子晶体光纤色散与双折射特性分析

针对光子晶体光纤多零色散点、高双折射的应用要求, 设计了一种新型结构的光子晶体光纤, 其纤芯由位于菱形四个角上的圆形空气孔组成. 通过有限元数值分析方法对该种结构光子晶体光纤的色散特性和双折射特性进行数值仿真, 得到色散与波长、色散与纤芯圆孔尺寸、双折射与波长、双折射与纤芯圆孔尺寸的关系. 研究结果表明:在满足光纤传输功率要求的条件下, 光纤的双折射在d₁<0.8 μupm 时的性能较好. 同时, 该种结构的光子晶体光纤在芯区直径满足d₁=0.4 μupm或 d     

填充ENZ材料的太赫兹高双折射及近零平坦色散微结构光纤北大核心CSCD

为了实现太赫兹波的保偏波导传输,设计了一种含有纤芯缺陷孔和椭圆形包层空气孔的高双折射微结构光纤。通过在包层空气孔中选择性地填充太赫兹近零介电常量(epsilon-nearzero,ENZ)材料,引入了几何结构和材料分布的双重不对称性,破坏了2个偏振基模的简并以获得高双折射特性。应用有限元方法研究了光纤的双折射、损耗和色散等传输特性随结构参数的变化规律。在0.5 THz~2 THz的宽频段范围内获得了大于0.01的高双折射。x和y偏振基模的损耗在0.8 THz附近具有最小值,分别为0.903 dB·cm^(-1)和0.851 dB·cm^(-1)。纤芯缺陷孔可以有效调节色散特性,y偏振基模在1 THz~1.8 THz范围内具有(0±0.054)ps·THz^(-1)·cm^(-1)近零平坦色散特性。光纤的传输特性对ENZ材料的折射率变化不敏感。研究结论为研制太赫兹保偏光纤提供了理论参考。     

压缩六角点阵椭圆孔光子晶体光纤的低色散高双折射效应

设计了一种新型结构低色散高双折射光子晶体光纤,该光纤纤芯缺失一根空气柱,包层沿光纤长度方向排布压缩六角点阵椭圆空气孔.采用全矢量平面波法,对其色散和双折射特性进行了数值模拟.研究发现,通过改变光纤结构参数,即改变六角点阵压缩比ξ、相对孔间隔f和空气孔椭圆率η,可以调节该光纤低色散高双折射工作波长.若调整光纤结构参数ξ=048, f=035, η=055, x方向孔间隔Λ_x=12　μm时,该光纤呈现低色散高双折射效应,在1360—167 关键词： 导波与光纤光学 全矢量平面波法 低色散高双折射 六角点阵压缩比     

菱形纤芯光子晶体光纤色散与双折射特性分析

针对光子晶体光纤多零色散点、高双折射的应用要求, 设计了一种新型结构的光子晶体光纤, 其纤芯由位于菱形四个角上的圆形空气孔组成. 通过有限元数值分析方法对该种结构光子晶体光纤的色散特性和双折射特性进行数值仿真, 得到色散与波长、色散与纤芯圆孔尺寸、双折射与波长、双折射与纤芯圆孔尺寸的关系. 研究结果表明:在满足光纤传输功率要求的条件下, 光纤的双折射在d₁<0.8 μupm 时的性能较好. 同时, 该种结构的光子晶体光纤在芯区直径满足d₁=0.4 μupm或 d₁=0.6 μupm时会出现两个零色散点, 这对进一步研制具有多零色散点的光子晶体光纤具有重要的意义.     

圆芯型边孔光纤双折射的有限元分析

对网芯型边孔光纤固有双折射的研究结果进行了报道。在对边孔光纤固有烈折射的产生机理和计算原理进行研究的基础之上,采用有限元法分析了网芯型边孔光纤的内部应力分布和双折射的大小。研究结果表明圆芯型边孔光纤的几何双折射较小,以应力双折射为主;边孔的存在导致光纤纤芯和包层区域的应力分布发生了较大的变化。文章提出了两边孔的连线方向为边孔光纤的快轴方向．并就不同的边孔结构对光纤双折射的影响进行了研究,发现网芯网孔型边孔光纤的同钉双折射随边孔张角的增加而成指数关系增长．可通过增大边孔半径和减小两孔间距提高边孔光纤的双折射。     

空气孔辅助光纤的模式截止

光纤的截止波长是光纤设计的重要参量之一。利用全矢量正交函数模型对空气孔辅助光纤的模式截止特性进行了讨论。分析表明：由于光纤包层中存在空气孔,即使不考虑材料色散,包层的有效折射率也与波长有关;包层有效折射率由包层中空气孔的大小和波长决定,与芯子的掺杂浓度无关。在所研究的波长范围之内,与传统的w型光纤类似,在包层中空气孔的相对尺寸d／Λ较大时出现了基模截止现象。d／Λ从0．2到0．9变化时,光纤的各阶模式的截止波长都随之减小;各阶模式的截止波长随d／Λ变化曲线的斜率随模式阶次的升高而降低。     

掺铒孔辅助导光光纤的特性研究与优化设计

掺铒孔辅助导光光纤是由掺铒的高折射率纤芯、低折射率包层和少量的空气孔组成. 采用有限元法分析了掺铒孔辅助导光光纤的模式特性；给出了数值计算截止波长和模场直径的方法；提出了改进的平均粒子数反转度迭代算法来数值计算掺铒光纤放大器的增益和噪声系数. 研究空气孔对掺铒孔辅助导光光纤的截止波长、模场直径和放大器的增益系数的影响. 发现：减小相对孔芯距的值，可使截止波长向短波长移动，减小模场直径的值；当孔的相对大小较大时，截止波长、模场直径和增益的最大值基本上不随孔的相对大小的增大而改变. 最后，综合考虑掺铒光纤基模和二阶模的截止波长、与普通单模光纤的熔接损耗、放大器的增益和噪声系数等因素，优化设计了掺铒孔辅助导光光纤的四个结构参量——纤芯半径、纤芯与包层的折射率差、相对孔芯距和孔的相对大小. 关键词： 孔辅助导光光纤 掺铒光纤 光纤放大器 有限元法     

C6v对称TIR-PCF结构参数对基模零色散点的调节数值研究

用多极方法数值研究构成六重对称全内反射型光子晶体光纤各种结构参数对基模零色散点的调节.数值结果表明,在相对孔径较大时,包层空气孔柱层数不影响零色散点,在其它结构参数相同的条件下,空气孔直径越大,零色散点波长越短,而在其它结构参数相同的条件下,空气孔孔距越大,零色散点波长越长,当空气孔直径与空气孔孔距都很小时,零色散点出现在长波区域,当空气孔直径与空气孔孔距大到一定程度时,色散曲线在零色散线出现振荡特性,并出现多个零色散点,在包层空气柱层数一定的条件下,中央纤芯缺省空气孔层数对零色散点的调节范围大.     

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.     

雪花形晶芯光子晶体光纤

设计一种新型光子晶体光纤，可在300 nm带宽范围内实现近零超平坦色散特性.光纤端面上所有空气孔按照通常的三角形规则均匀排列，中央位置十三个排列成雪花形的空气孔小于其它空气孔，这些孔共同构成光纤的纤芯.这类晶芯型光子晶体光纤与传统光子晶体光纤相比具有较大的模场面积，尤其是，通过最佳化匹配晶芯和包层中的空气孔大小可以在300 nm带宽范围内实现超平坦化色散特性，甚至可得到近零色散的平坦化色散曲线。尽管光纤的晶芯为雪花状，但近场很快会演化为类高斯型场分布.     

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。     

Design of Topas microstructured fiber with ultra-flattened chromatic dispersion and high birefringence

A microstructured polymer optical fiber (mPOF) with both ultra-flattened near-zero chromatic dispersion and high birefringence based on Topas cyclic olefin copolymer is designed. Three rings of uniform elliptical air holes are arranged in triangular lattice in the cladding and an extra small defected hole is introduced in the fiber core. Guided modes, dispersion, birefringence and mode confinement properties of the designed mPOF are investigated by using the full-vector finite element method. Dispersion values between ± 0.5 ps/km/nm over the wavelength 1.1-1.7 μm and high birefringence of the order of 10⁻³ are obtained for the optimized fiber structure. Low confinement losses and small effective mode area are obtained at the same time. The relatively simple architecture of the proposed Topas mPOF can be fabricated by our extrusion-stretching techniques.     

基于椭圆孔包层和微型双孔纤芯的新型高双折射光子晶体光纤

设计了一种新型高双折射光子晶体光纤,即其包层引入椭圆形空气孔,且以三角晶格方式周期排列,纤芯引入亚波长尺寸(~0.16 μm)的微型双孔结构阵列.采用全矢量有限元法和各向异性完美匹配层边界条件分析了该型光子晶体光纤的双折射特性和色散特性,详细介绍了该光子晶体光纤在不同的椭圆率、椭圆归一化面积、微型双孔孔径、两小孔之间间距的情况下双折射和限制损耗随波长的变化曲线.模拟结果表明,通过同时在包层和纤芯引入非对称性,获得了较高的双折射(~10^-3量级)和极低(~10^-4 dB/km)的限制损耗.提供了一种新的光子晶体光纤设计方法,即通过同时在包层和纤芯引入新结构来同时获得高双折射和低损耗.