A Compact 2-D Finite-Difference Frequency-Domain Method for Dispersion Characteristics Analysis of Trapezoidal-Ridge Waveguides

A compact two-dimension (2-D) finite-difference frequency-domain (FDFD) method is used to analyze the dispersion characteristics of single and double trapezoidal-ridge waveguides. The general 2-D FDFD formulation under orthogonal curvilinear coordinate system is derived from the difference form of Maxwell’s equations, and modified difference formulas at the trapezoidal-ridge section are built. After implementing the boundary conditions, the 2-D FDFD formulation is concluded as an eigen equation and then constructed by a highly sparse matrix. By solving the matrix-eigen equation, the dispersion characteristics of the ridged waveguides can be obtained. Computed results are in good agreements with the previously published and simulated ones, which prove the correctness of the method.     

光子晶体光纤气体传感灵敏度的有限差分法分析

提出了一种适合于高灵敏度气体传感器的新型光子晶体光纤结构.采用全矢量频域有限差分方法,研究了基于不同结构光子晶体光纤的气体传感器的相对灵敏度.由全矢量频域有限差分法,通过直接求解由麦克斯韦方程组导出的标准特征值方程,可以得到光纤中可能存在的不同模式的传播常量、电场分布和磁场分布.分别给出了三种不同结构光子晶体光纤在波长为1.3312 μm处,与结构参量变化对应的相对灵敏度变化以及在不同波长情况下的相对灵敏度变化.结果证明,该新结构具有较其它代表性的折射率引导型光子晶体光纤结构更高的灵敏度,特别适合作气体传感器.     

包层空气孔渐变的准光子晶体光纤的色散特性研究

设计了一种准光子晶体光纤,其包层由呈准周期分布的空气孔构成,其中靠近芯区的空气孔的直径是渐变的.采用带有良匹配层(APML)吸收边界的全矢量频域有限差分(FDFD)方法对其色散特性进行了数值分析,计算了孔间距取1.5μm～2.2μm,最小空气孔直径分别取0.4μm～0.6μm,从第一层到第三层直径线性递增量分别为0.1μm和0.2μm的条件下,这种光纤基模的色散曲线.结果表明:通过调节包层中三种不同尺寸的空气孔的大小以及孔间距这四个参数,可以得到不同平坦水平的色散曲线,甚至于超低超平坦的色散曲线.例如,当孔间距取1.7μm,空气孔直径分别取0.5μm、0.7μm、0.9μm,在1.4μm～1.7～m波段内,这种光纤的色散值可以控制在6.0±3.0 ps/km.nm范围内.     

Numerical investigation of a broadband coherent supercontinuum generation in Ga8Sb32S60 chalcogenide photonic crystal fiber with all-normal dispersion

All normal dispersion (ANDi) and highly nonlinear chalcogenide glass photonic crystal fiber (PCF) is proposed and numerically investigated for a broad, coherent and ultra-flat mid-infrared supercontinuum generation. The proposed PCF consists of a solid core made of Ga₈Sb₃₂S₆₀ glass surrounded by seven rings of air holes arranged in a triangular lattice. We show by employing the finite difference frequency domain (FDFD) method that the Ga₈Sb₃₂S₆₀ PCF dispersion properties can be engineered by carefully adjusting the air holes diameter in the cladding region and ANDi regime is achieved over the entire range of wavelengths with a zero chromatic dispersion around 4.5?μm. Moreover, we demonstrate that injecting 50?fs width and 20?kW peak power laser pulses (corresponding to a pulse energy of 1.06?nJ) at a pump wavelength of 4.5?μm into a 1?cm long ANDi Ga₈Sb₃₂S₆₀ PCF generates a broad, flat-top and perfectly coherent SC spectrum extending from 1.65?μm to 9.24?μm at the 20?dB spectral flatness. These results make the proposed Ga₈Sb₃₂S₆₀ PCF an excellent candidate for various important mid-infrared region applications including mid-infrared spectroscopy, medical imaging, optical coherence tomography and materials characterization.     

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。     

一种高双折射光子晶体光纤的模式特性分析

应用全矢量频域有限差分法,分析了所提出的一种高双折射光子晶体光纤的模式截止、损耗、模场半径及数值孔径等特性.数值模拟结果表明,通过设置合适的结构参量,可使这种高双折射光子晶体光纤在保持模式双折射为10-3量级的前提下,能够在600～1800 nm波长范围内保持单模传输,并且限制损耗可低于10-4dB/m量级,同时还可以获得较大的数值孔径,因而聚光能力增强,此外,通过采用高斯曲线拟合基模的模场分布,得到的模场半径与实际模场半径吻合得很好.     

基于FDFD方法周期结构的薄膜太阳能电池特性

利用非均匀媒质界面等效参量提取方案结合频域有限差分方法对周期结构薄膜太阳能电池的光学特性进行了数值分析及机理探究.结合等离子体共振条件,研究了两种设计结构的反射、传输、吸收特性及场分布特性,结果表明在低频点,介质和银分界面的场强明显增强,吸收明显增大.探讨了增强因子与结构、入射波长及入射角度间的关系,并分析了其内在的物理机理.结果表明,增强因子在低频时较大且随入射角度增大而增大,最大可达5.7.     

改进的正方形格点双芯光子晶体光纤的负色散特性分析

设计了一种改进的正方形格点双芯负色散光子晶体光纤,其包层是由在纯硅背景上以正方形格点排列的三种大小不同的空气孔构成,这些空气孔和中心的缺陷形成了这种负色散光子晶体光纤的双芯.用频域有限差分法对其分析表明,该光子晶体光纤具有宽带负色散的特性.当相邻空气孔间距取2.05 μm,空气孔直径分别取1.9 μm,1.3 μm,0.9 μm时,可在1.55 μm处实现宽带负色散,其半峰全宽超过了300 nm.这种光纤可用于波分复用光纤通信系统中的宽带色散补偿.     

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)     

光学微腔型a-Si薄膜电池陷光结构设计

先基于频域有限差分法和a-Si材料的有效吸收波长范围,利用光场分布、通光效率和有源层吸收谱等优化了有源层厚度为300 nm的a-Si电池用光学微腔陷光结构的缓冲层厚度和光学微腔通光孔尺寸,并对电池光电流密度谱、总电流密度和电池输出参数进行了计算分析.研究表明:缓冲层厚度为2.6 μm,通光孔直径Φ=D×0.8/8时,电池有源层具有最大的吸收效率;优化电池的短路电流为25.9225 mA/cm2,优于其它陷光结构获得的短路电流.