热可调液晶填充微结构聚合物光纤设计及特性分析

通过在微结构聚合物光纤(mPOF)的包层空气孔中填充液晶材料获得了高度热可调的带隙型mPOF. 带隙随温度的增加发生显著的蓝移, 带隙上边界的温度灵敏度可达-5.5 nm/℃. 采用全矢量有限元方法对模场特性以及基模有效模场面积的分析结果表明, 该填充液晶的mPOF在带隙的中心波长附近具有大的有效模场面积, 和相同结构未填充液晶的mPOF连接时具有较高的功率耦合效率. 研究结论为mPOF在温度传感领域的应用及各种可调光纤器件的制备提供了理论参考.     

一种硅基SiO2波导耦合器的设计与分析

波导耦合器是组成光纤传感系统和光纤通信系统光收发组件及模块的重要元器件,是实现光收发模块一体化光电集成的基础。给出了一种用光纤陀螺系统的X型四端口波导耦合器的工作原理,采用有效折射率法和BPM(Beam propagation method)法建立了耦合器的数学模型,计算并分析了耦合器尺寸在尽可能小的情况下和在满足单模传输的条件下耦合器的耦合系数、有效耦合长度、分光比以及回波损耗等参数之间的关系,并对其关键技术进行了系统的研究。仿真结果表明,所设计的波导耦合器在低损耗情况下分光比可达到50%∶50%,耦合器全长为33.5mm,输入输出波导间距为410μm,芯层截面积为6μm×6μm。     

光子晶体光纤带隙及模场的一种综合模拟分析方法

提出直接由MATLAB读入光纤端面图实现复杂结构光子晶体光纤(PCF)模型的快速建立,并综合平面波法(PWM)和频域有限差分(FDFD)法,模拟分析带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)的带隙和模场分布.利用PWM计算得到了在PBG-PCF中传输的光波频率及模式有效折射率范围;基于FDFD法在给定波长及模式有效折射率范围情况下,模拟得到了PBG-PCF中可能存在的模场分布及其他特性.以市售的PBG-PCF为例,验证了数值模拟的正确性,随后系统地分析了结构参数(晶格结构、"原子"占有率、背景材料折射率及"原子 关键词： 光子晶体光纤(PCF) 光子带隙(PBG) 平面波法(PWM) 频域有限差分法(FDFD)     

高温光子晶体光纤温度传感器

针对大于500℃的高温环境,提出了一种可用于高温温度测量的高温光子晶体光纤(PCF)温度传感器。在光子晶体光纤末端熔接一段纯石英无芯光纤构成外腔式光纤法珀腔(EFPI)结构。纯石英无芯光纤在高温下的热膨胀和热光效应使得EFPI的光学腔长发生变化。结合光纤白光干涉测量技术,通过测量EFPI的腔长得到被测温度。在不同温度环境下,对腔长为175μm的EFPI光纤温度传感器进行连续测量。测量结果显示,设计的高温光纤温度传感器在27~1100℃范围内,腔长-温度三阶拟合精度达到99.95%,腔长-温度灵敏度为(0.851+0.0023T-0.000000957T2)nm/℃,其中在1100℃时,温度测量分辨率为0.225℃。     

光子晶体光纤中高效的反斯托克斯信号产生

基于四波混频的反斯托克斯变换, 被广泛应用于短波辐射高分辨率成像以及直接激发分子的电子跃迁等方面. 为了实现更加高效的反斯托克斯变换, 利用中心波长为810 nm脉冲宽度为120 fs的钛蓝宝石(Ti: sapphire)飞秒激光器作为抽运光源, 在长度为0.5 m和3 m的光子晶体光纤中分别实现了高阶模和基膜的简并四波混频. 实验中, 采用的光子晶体光纤的零色散波长在820 nm附近. 在基模相位匹配条件下, 在560 nm附近实现了高效地反斯托克斯信号的产生, 反斯托克斯信号与残余抽运信号的最大功率比为33:1; 反斯托克斯信号和斯托克斯信号的最大功率比25:1; 反斯托克斯信号最大功率转换效率P_a/P_p0为34%. 抽运波长从790 nm逐渐增加到810 nm过程中, 在长为3 m的光子晶体光纤中相位从不匹配状态转化为高阶模匹配状态后, 再转化为基模匹配状态. 通过实验研究得出了相位匹配程度随抽运功率、波长和光纤长度的变化规律, 同时分析了造成理论计算与实验结果存在差异的主要因素. 本文为研究在光子晶体光纤基模中实现相位匹配和产生高效反斯托克斯信号提供了理论和实验依据.     

Design of hybrid photonic crystal fiber: Polarization and dispersion properties

A highly birefringent dispersion compensating hybrid photonic crystal fiber is presented. This fiber successfully compensates the chromatic dispersion of standard single mode fiber over E- to L-communication bands. Simulation results reveal that it is possible to obtain a large negative dispersion coefficient of about −1054.4 ps/(nm km) and a relative dispersion slope of 0.0036 nm⁻¹ at the 1550 nm wavelength. The proposed fiber simultaneously provides a high birefringence of order 3.45 × 10⁻² at the 1550 nm. Moreover, it is confirmed that the designed fiber successfully operates as a single mode in the entire band of interest. For practical conditions, the sensitivity of the fibers dispersion properties to a ±2% variation around the optimum values is carefully studied and the nonlinearity of the proposed fiber is also reported and discussed. Such fibers are essential for high speed transmission system as a dispersion compensator, sensing applications, fiber loop mirrors as well as maintaining single polarization, and many nonlinear applications such as four-wave mixing, etc.     

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.     

基于光子晶体光纤中多抽运四波混频效应的新型光层组播技术

光层组播是未来透明光子网络中一项重要的全光信号处理功能,提出并实验证实了一种基于色散平坦高非线性光子晶体光纤中多抽运四波混频效应的光层组播方法,将一束信号光与两束连续抽运光同时输入高非线性光子晶体光纤中,通过多抽运四波混频过程,产生四个携带该数据信息的闲频光,从而实现了单一信号的四信道光层组播功能,组播信道波长在35.2 nm范围可调谐,组播信道最大间距4.4 THz,最大转换效率-22 dB,最优Q因子为5.3,该方法的特点在于基于光纤中的四波混频效应工作,因而具有对调制格式和比特率透明的 关键词： 光层组播 多抽运四波混频 光子晶体光纤     

Design and analysis of a novel single-mode single-polarization photonic crystal fibre based on polarization-dependent coupling and absorption effect

A novel single-mode single-polarization (SMSP) photonic crystal fibre has been proposed and analysed based on the polarization-dependent coupling and absorption effect via a full-vector finite element method with perfectly matched layers. The numerical results predict that very efficient SMSP operation can be achieved with both high bandwidth and high extinction ratio at low loss penalty. Effects of the fibre structural parameters on the SMSP bandwidth and extinction ratio have been explored, which will provide useful guide for the design and fabrication of the fibre. The results obtained will be instructive for the realization of new SMSP fibres with high performance.     

Design and analysis of a photonic crystal fiber with four-hole unit

A novel photonic crystal fiber (PCF) based on a four-hole unit is proposed in order to meet the requirements of high birefringence, negative dispersion and confinement loss in fiber-optic communication. The proposed design has been simulated based on the full vector finite element method (FVFEM) and anisotropic perfectly matched layers (APML). Analysis results show that the proposed PCF can achieve a high birefringence to the order of 10⁻² at the wavelength of 1.55 μm, a large negative dispersion over a wide wavelength range and confinement losses lower than 10⁻⁹ dB/m simultaneously, which has important applications in polarization-maintaining (PM) fibers, single-polarization single-mode (SPSM) fibers, dispersion compensation fibers and so on.     

基于光子晶体光纤中四波混频效应的单到双非归零到归零码型转换

归零(RZ)码与非归零(NRZ)码是波分复用和时分复用系统中广泛采用的两种码型, 全光NRZ到RZ码型转换能完成从波分复用到时分复用的网络接口功能, 是未来透明光子网络中一项重要的全光信号处理技术. 提出并实验证实了一种基于色散平坦高非线性光子晶体光纤中四波混频效应的单到双NRZ到RZ码型转换方法, 将一束信号光与同步时钟脉冲同时输入色散平坦高非线性光子晶体光纤中, 通过四波混频过程, 产生两个携带该数据信息的闲频光, 从而实现了单到双的NRZ到RZ码型转换功能, 码型转换器工作波长在193 nm范围可调谐, 最大转换效率为-21 dB, 最优消光比和品质因子分别为11.9 dB和7.2. 该方法的特点在于基于光纤中的四波混频效应工作, 因而具有对调制格式和比特率透明的优点, 同时, 光子晶体光纤特有的高非线与色散平坦性, 既避免了使用传统光纤需要较长的长度, 又避免了波长设置不灵活的弊端, 并具备可进一步增加带宽的能力, 且在码型转换的同时, 实现了波长转换, 完成了双通道波长组播功能. 整个系统为全光纤设计, 结构简单, 性能可靠, 并易于与现有的光纤通信系统相容, 对促进超高速大容量光子网络的发展具有重要意义. 关键词： 码型转换 四波混频 光子晶体光纤     

Study of non-linear properties of hollow core photonic crystal fiber

A highly non-linear hollow core photonic crystal fiber (PCF) having three ring-hexagonal structure is designed. The full vector finite element method with perfectly matched layer is used to investigate the non-linear properties of hollow core PCF effectively. The effective area of modal pattern is also studied for the same newly designed structure. It is found that when effective area is very small the non-linearity is very high.     

一种新型的基于四孔单元光子晶体光纤的设计与分析

设计了一种基于四孔单元的光子晶体光纤,它可以满足光通信系统中高双折射率、负色散和低限制损耗的要求,比起通常的三角结构光纤有着更高的双折射率,并且结构制作也较简单。采用全矢量有限元法和各项异性完美匹配层法对所设计的光纤进行了仿真研究。仿真结果表明:该光纤在1.55μm波长处可获得10~(-2)数量级的双折射率,在较宽广的波段范围具有大的负色散,限制损耗低于10~(-9)dB/m;该光纤在保偏光纤、单极化单模光纤、色散补偿光纤等方面具有重要的应用。     

PCFDT: An accurate and friendly photonic crystal fiber design tool

This paper presents PCFDT, which is an accurate and friendly photonic crystal fiber design tool based on full-vectorial finite element method. Photonic crystal fibers based on circular and non-circular microstructured holes, and on different propagation mechanisms have been analyzed. Comparisons with other numerical methods and experimental results have shown excellent agreement. The design tool validation includes experimental results of hybrid photonic crystal fibers, proposed by us, which made possible for the first time light be simultaneously confined and manipulated by two propagation mechanism, total internal reflection and photonic bandgap effect.     

Theoretical simulation of a novel birefringent photonic crystal fiber with surface plasmon resonance around 1300 nm

In this paper, a novel birefringent photonic crystal fiber(PCF) with the silver-coated and liquid-filled air-holes along the vertical plane is designed. Simulation results show that the thickness of silver layer, the sizes of holes, and the refractive index of liquid strongly strengthen the gaps between two polarized directions. The surface plasmon resonance peak along y axis can be up to 675.8 d B/cm at 1.33 μm. The proposed PCF has important application in polarization devices, such as filters and beam splitters.     

胶体晶体微结构光纤传输特性研究

介绍了胶体晶体微结构光纤的结构, 采用时域有限差分法研究了微结构胶体晶体光纤的传输特性. 建立了该结构的FDTD模型, 计算了其透射谱和不同波长的传输场分布. 搭建了光学系统, 测量了实验制备的胶体晶体微结构光纤的透射谱, 并将其与模拟所得透射谱进行比较, 具有良好的一致性. 胶体晶体微结构光纤的传输场分布结果表明, 胶体晶体在不同波长下改变光纤传输场分布.     

胶体晶体微结构光纤传输特性研究

介绍了胶体晶体微结构光纤的结构, 采用时域有限差分法研究了微结构胶体晶体光纤的传输特性. 建立了该结构的FDTD模型, 计算了其透射谱和不同波长的传输场分布. 搭建了光学系统, 测量了实验制备的胶体晶体微结构光纤的透射谱, 并将其与模拟所得透射谱进行比较, 具有良好的一致性. 胶体晶体微结构光纤的传输场分布结果表明, 胶体晶体在不同波长下改变光纤传输场分布.     

一种新型混合双包层光子晶体光纤的色散特性研究

以多极法理论为基础,设计了一种混合双包层结构的光子晶体光纤.通过改变其五层空气孔的四个结构参数（内层空气孔直径、外层空气孔直径、六边形孔间距和八边形孔间距）,理论上实现了色散绝对值在144—20 μm的波段内变化仅为125 ps·km^-1·nm^-1的平坦色散特性.在此情况下对其损耗进行了数值模拟,使所设计的光纤在144—20 μm的宽波段范围内具有小于0005 dB/km的低限制损耗特性.     

一种新型混合双包层光子晶体光纤的色散特性研究

以多极法理论为基础,设计了一种混合双包层结构的光子晶体光纤.通过改变其五层空气孔的四个结构参数（内层空气孔直径、外层空气孔直径、六边形孔间距和八边形孔间距）,理论上实现了色散绝对值在144—20 μm的波段内变化仅为125 ps·km^-1·nm^-1的平坦色散特性.在此情况下对其损耗进行了数值模拟,使所设计的光纤在144—20 μm的宽波段范围内具有小于0005 dB/km的低限制损耗特性. 关键词： 光子晶体光纤 多极法 平坦色散 限制损耗     

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。