基于矢量模式的全光纤模式选择耦合器

提出了一种基于矢量模式的全光纤模式选择耦合器,该耦合器由一个单模光纤和一个空气芯环形少模光纤组成。基于耦合模理论,研究了不同参数对耦合特性的影响,并且详细分析了纤芯间距对高阶模式间的串扰和工作带宽的影响。结果表明,在相位匹配条件下,该矢量模式选择耦合器可高效地实现基模与特定高阶模的耦合;通过改变耦合器的纤芯间距,可以调控模式间的串扰和工作带宽之间的平衡关系。该模式选择耦合器可直接实现基模到高阶矢量模式的高效转换,能降低光通信系统的插损和复杂度,在光纤激光器、光镊和模分复用系统中具有潜在的应用价值。     

高双折射光子晶体光纤的偏振特性研究

基于超格子构造法，采用全矢量模型研究具有中心缺陷孔的椭圆孔光子晶体光纤(EHPCF)的偏振特性。研究表明，与相同结构参量的椭圆孔光子晶体光纤相比，具有中心缺陷孔的椭圆孔光子晶体光纤具有更大的模式双折射和走离参数。双折射、走离参数与频率的依赖关系与普通保偏光纤存在很大差别。走离参数在低频区出现零走离点，这为在该光纤中既保持高双折射又实现零走离单模运转提供了可能。适量增加中心缺陷孔，包层椭圆孔的椭圆率及面积可以获得高的双折射和大的走离参数。     

光子晶体光纤的Galerkin算法

光子晶体光纤(PCF)是由石英和空气孔构成的二维周期性介电常数分布的微结构光纤，人们已经提出了一些理论方法用于其模式特征的研究。以全反射光子晶体光纤为例。将其折射率结构分解为一个纯粹的中心缺陷结构和一个完美二维光子晶体的叠加，并分别选取厄米-高斯函数和余弦函数对其周期性折射率展开；同时将横向电场分布的x，y分量用正交归一化厄米-高斯(Hermite-Gauss)函数展开。从电磁场的波动方程出发，忽略横向电场之间的耦合。根据折射率和电场的展开式。得到关于各展开系数的矩阵和模式的特征方程。特征方程中涉及的各矩阵元素都可以利用厄米-高斯函数的正交归一化性质及其他一些恒等式解析求得。求解该特征方程，可得到光子晶体光纤的传播常数和模场分布。利用此算法，可以进一步研究光子晶体光纤的模式特性、色散特性、偏振特性等。     

等效折射率模型研究光子晶体光纤的色散特性

应用等效折射率模型对折射率导模光子晶体光纤的群速度色散特性进行了详细的讨论。由于光子晶体光纤由单一材料(SiO2)制成,光纤的波导色散决定了总色散,因此讨论中将群速度色散分解为波导色散和材料色散,研究了波导色散与光子晶体光纤的结构参量孔距∧、相对孔径f的关系。分析表明,在f一定的情况下,光子晶体光纤的波导色散与孔距∧的关系符合麦克斯韦方程的比例性质;而在孔距∧确定的情况下,光子晶体光纤的波导色散的零点、极小值点位置与f在所讨论的波长范围内存在线性关系。最后举例说明了通过调整光子晶体光纤的结构参量,可以灵活地设计其色散特性。     

布拉格光纤色散特性的研究

布拉格光纤是由在径向折射率呈周期分布的多层介质圆环构成的一种光纤。由于多层的几何结构特征，布拉格光纤表现出与普通光纤不同的色散特性。引入等效折射率法(EIM)结合多层光波导理论来分析布拉格光纤，对于布拉格光纤的色散特性进行了深入的分析，得到了布拉格光纤色散的比例性质(scaling properties)，并举例说明利用波导色散与结构参量的关系，通过调整布拉格光纤的结构参量，灵活地设计其色散特性。     

消色差复合宽带太赫兹波片的优化设计

采用模拟退火算法设计了0.2～2.0THz和0.2～3.0THz两个波段下的消色差复合太赫兹λ/4波片,在0.2～2.0THz波段内实现了波片相位延迟偏差小于2%,在0.2～3.0THz波段内波片相位延迟偏差小于4%。系统分析了不同石英玻片个数对消色差复合太赫兹波片的消色差性能以及厚度和损耗等关键参量的影响。分析表明,随着石英玻片个数的增加,波片的消色差性能也会变好,在相应太赫兹波段相位延迟失谐量也随之减小;但同时,波片的厚度也随之增加,导致对太赫兹波的损耗增加。在0.2～2.0THz和0.2～3.0THz范围内,太赫兹λ/4波片采用5个玻片为最佳,此时可以获得较好的消色差性能,同时波片的厚度和损耗也在可实际应用范围内。     

等离子体增强化学气相沉积氮化碳薄膜过程中的光学发射谱研究

利用光学发射谱技术对直流辉光放电等离子体增强的化学气相沉积氮化碳薄膜过程中的等离子体进行了原位诊断，结果表明主要的辐射有N2的第二正系跃迁、N2^ 的第一负系跃迁、CN和NH的紫外跃迁。研究了气源中氢气含量、放电电流及沉积气压的变化对N2（337.1nm)，N2^ (391.4nm)和CN(388.3nm)辐射强度的影响，并在此基础上探讨了这几种跃迁的激发机制，其结果为氮化碳合成中优化沉积参数、控制实验过程提供了依据。     

光子晶体光纤的正交函数模型

提出了一种用于分析光子晶体光纤的正交函数模型。采用一种新型超格子的构造方法,将光子晶体光纤的横向介电常量表示为两种周期性结构叠加。将横向电场以厄密一高斯函数展开,利用正交函数的性质,将全矢量波动方程转化为矩阵本征值问题,求解本征值问题可得到模式的传输常量及模场分布。利用此模型举例讨论了椭圆孔三角格子光子晶体光纤的模场分布和偏振特性以及三角格子光子晶体光纤的色散特性和有效面积等传输特性。作为一种普适的模型,此方法还可适用于四方结构、蜂窝结构及椭圆孔等多种结构光子晶体光纤。     

利用超格子模型对布拉格光纤的研究

为了研究布拉格光纤的模式特征和传输特性,提出了超格子模型,利用傅里叶级数表示光纤横向折射率分布,利用平面波展开法分析布拉格光纤的能带结构,基于厄米-主斯函数的局域正交函数展开法,从全矢量耦合波动方程出发,得到关于模式传播常量和电场展开系数的本征方程,从而分析布拉格光纤的模式特征。以高折射率芯布拉格光纤为例,实现了该算法,得到基模与二次模的横向电场分布、基模色散曲线和模式双折射。基模的模式双折射可用于衡量算法的精度,结果表明该算法精度较高。超格子模型不仅可以用于研究高折射率芯布拉格光纤,而且同样可以研究低折射率区域导光的布拉格光纤。     

孔辅助六芯光纤模式耦合及串扰特性研究

应用模式耦合理论系统地研究了空气孔辅助六芯光纤的耦合特性。特别考虑了非临近纤芯对互耦合系数及自耦合系数的作用,分析了光纤结构参数变化对耦合系数、串扰及模场面积的影响。研究表明,通过调整光纤的结构参数,可以充分利用光纤的横截面,有效降低纤芯间耦合,在保持低串扰(-30 d B以下)的前提下,实现较大的单芯有效面积(120~150μm2)。