高非线性高双折射光子晶体光纤特性的理论研究

基于全矢量有限元法,设计了一种新型零色散波长为1550 nm的高非线性双折射光子晶体光纤(PCF),并分析了PCF的有效折射率、有效模面积、双折射、非线性系数以及色散特性。数值结果表明,当光纤包层孔间距Λ为1.6 μm,大空气孔直径d1为1.4 μm,小空气孔直径d2为0.74 μm和0.76 μm时,光纤的零色散波长都在1550 nm处,该PCF的双折射为4.049×10-3,非线性系数可达28.4 km-1·W-1。这种高非线性高双折射PCF,在1550 nm通信波段具有非常广泛的应用前景。     

高双折射类椭圆纤芯光子晶体光纤设计与分析

为了改善传统光纤灵敏度低、损耗高和非线性效应不易控制的问题,设计一种新型高双折射、低损耗和高非线性的类椭圆纤芯光子晶体光纤(PCF)结构。基于全矢量有限元法,通过COMSOL分析研究了光纤端面的空气孔直径和位置对双折射、限制损耗、模场特性和非线性等特性的影响。仿真结果表明:所设计的PCF结构在波长为1.550μm处的双折射率达1.918×10^-3,x和y极化偏振方向的限制损耗分别为Lcx=1.6×10^-3dB/km和Lcy=8.0×10^-4dB/km,非线性系数达到9.4 km^-1W^-1,且满足单模传输,实现了高质量、高精度的光信号传输与传感。     

一种近红外波段的高双折射高非线性光子晶体光纤

提出了一种具有中心缺陷孔的新型非对称椭圆光子晶体光纤,采用全矢量有限元法研究了其双折射、色散和非线性等特性。通过改变第一层椭圆孔的角度,加强了结构的双折射性能,同时还能改善结构的色散表现。分析计算结果得出,设计合适的结构参数可在波长1.55μm处获得3.05×10~(-2)的高双折射,同时在X和Y偏振方向获得较高非线性系数。此外,在保持高双折射的同时,此PCF也可获得1 000~1 550 nm近550 nm的负色散平坦区。该新型近红外波段的高双折射高非线性负平坦色散的光子晶体光纤在偏振控制、非线性光学及光纤通信等领域具有广泛的应用前景。     

新型六角点阵光子晶体光纤的高双折射低损耗特性

设计了一种新型六角点阵光子晶体光纤,该光纤在波长1 350～1 800nm范围内呈现高双折射低损耗大负色散。采用全矢量有限元法结合各向异性完美匹配层边界条件,对其双折射、约束损耗、色散、非线性和模场等特性进行了数值模拟。研究表明,新设计的光纤对模场有很强的约束能力,在波长1 550nm处双折射高达2.08×10-2,模约束损耗接近10-1 dB·km-1,负色散值高达-910ps·km-1·nm-1,模场面积高达2.67μm2,非线性系数仅有0.043m-1·W-1。该光纤将在光纤激光器、光纤放大器、光滤波器和光纤传感系统方面有重要的应用。     

高双折射光子晶体光纤设计及分析

为进一步提高光纤传输特性,设计了两种具有高双折射的新型光子晶体光纤, 构建了光纤的模型。通过有限元法对光纤模型进行数值计算并研究了光纤结构参数对基模色 散、双折射、限制性损耗、非线性系数等传输特性的影响。研究表明,在波长为1550 nm处, 本文所设计的两种光纤分别可获得高达3.676×10－2和4.477×10－2的双折射,两种光 纤的限制 性损耗都保持在10－8 dB/m数量级及以下,且都具有较低的非 线性系数。因此,光纤传输性 能的优化使得其更有利于光信号的长距离稳定传输,可应用于高速光通信、光纤传感、色散 补偿等领域。     

椭圆孔微纤芯光子晶体光纤的数值模拟

提出了一种在纤芯引入四个近矩形排列的椭圆空气孔,包层空气孔呈阶梯结构的高双折射光子晶体光纤,采用全矢量有限元方法,对光纤基模的模场分布、双折射、色散、限制损耗、有效模面积及非线性系数等特性进行了数值模拟.这种设计为获得高双折射光子晶体光纤提供了一种新的方法,为改善光子晶体光纤其他性能(如色散、非线性特性)提供了一种新的...     

高对称性模场分布的高双折射光子晶体光纤

设计了一种具有高对称性模场分布的高双折射光子晶体光纤(PCF)结构,由尺寸相同的椭圆空气孔菱形排列组成。利用全矢量有限元法对该种结构光子晶体光纤的基模场分布、有效模场面积、双折射和色散进行数值分析,所得结果与相同结构参数的圆形空气孔光子晶体光纤进行比较。这两种光纤的模场均具有高对称性,近似圆形,并且易于与光器件中其他光纤耦合。椭圆空气孔光子晶体光纤的双折射可达10-3。     

高非线性Bi2O3-GeO2-Ga2O3光子晶体光纤性能研究

高非线性光子晶体光纤具有小纤芯、大折射率对比度的特点,采用Bi-Ge-Ga多组分激光玻璃材料作为纤芯材料设计了特殊结构的高非线性光子晶体光纤.运用全矢量有限元法结合完美边界条件,得出该光子晶体光纤在波长为1.55 μm、1.80 μm处的双折射系数分别为2.89×10-2与3.28×10-2.色散曲线表明,结构参数M=...     

高双折射光纤双折射温度特性新型测量方法研究

根据高双折射光纤Sagnac环镜的透射谱函数推导出其峰值波长与双折射的关系,通过测量峰值波长随温度的漂移量推算出高双折射光纤双折射的温度系数,从而提出了一种测量高双折射光纤双折射随温度系数的新方法.本文设计的方法结构简单,易于操作,只需要搭建一个简单的Sagnac环镜而无需其它特殊的装置,与写制光栅的方法相比简化了测量的复杂度和降低了设计成本,具有设计灵活和应用广泛的优点.     

用于全光纤电流传感器的扭转高双折射光纤设计

传感光纤中的残余线性双折射、温度和振动敏感性严重影响着Sagnac 式全光纤电流传感器的精度。设计了一种可用于全光纤电流传感器的扭转高双折射光纤,该光纤由两端变速率扭转部分和中间匀速率扭转部分组成。其中,变速扭转部分能实现线偏振光和圆偏振光之间的相互转化,具有/4 波片功能;匀速扭转部分,具有较小的光纤固有线性双折射和圆保偏功能,从而可更为精确地感应法拉第效应。将这种扭转高双折射光纤绕制成特殊结构传感光纤环, 解决了Sagnac 效应以及电流导体位置对全光纤电流传感器测量结果的影响。理论上建立了扭转高双折射光纤的耦合模方程,模拟了线偏振光入射该光纤时光波偏振状态演化情况。在此基础上设计一种新型的抗振型Sagnac 式电流传感器。     

Analysis on photonic crystal fibers with circular air holes in elliptical configuration

In this paper, two novel structures of photonic crystal fibers (PCFs) containing elliptical rings of circular air holes are presented. The circular air holes in both structures are arranged in seven elliptical rings, but the number of holes in each ring is different for these structures. Moreover, air hole diameter and hole-to-hole pitch are altered along the distance from the center of the fiber’s cross section. Properties, such as birefringence and confinement loss, of these structures with different numbers of air hole rings are numerically analyzed by using the multipole method. Numerical results show that a high birefringence of 1.626 × 10⁻³ can be reached at the wavelength of 1.55 μm, and a low confinement loss on the order of 10⁻⁸ dB/m can be achieved at the same wavelength. Furthermore, it is also found that elliptic ratio obviously affects birefringence and confinement loss, but the number of air hole rings has little impact on birefringence.     

混合双包层高双折射光子晶体光纤的特性

提出了一种新型的混合双包层结构的光子晶体光纤。利用多极法对光纤基模的模场分布、双折射、限制损耗及色散特性等进行了数值模拟,通过调节包层空气孔的孔径大小可以有效地控制光纤的双折射和限制损耗特性。结果发现:新设计的光纤具有高双折射低限制损耗特性,光纤结构参数为=1.0 m,d1=d2=d3=0.8 m时,该光纤在C波段（1.53~1.565 m）及L波段（1.57~1.62 m）呈现负色散及负色散斜率。在波长为1.55 m处,双折射高达10-2,限制损耗小于10-5 dB/m。     

双矩形纤芯光子晶体光纤偏振分束器

基于双折射效应设计了一种新颖的纤芯为椭圆空气孔,包层为圆形空气孔的矩形双芯光子晶体光纤偏振分束器。用半矢量光束传播法(BPM)数值模拟了基模情形下该偏振分束器的性能,结果表明:在工作波长为1.55μm,光纤长度为1659μm时,两个纤芯在X、Y方向偏振光的隔离度分别达到了-41.3 dB和-39.1 dB,隔离度小于-10 dB的带宽超过了80 nm,达到了良好的偏振分束性能。同时,模拟了实际加工误差对所设计的偏振分束器的影响,得出在1.55μm的工作波长下,误差达到±7%时,隔离度仍能小于-10 dB,具有较高的实际应用价值。     

一种金填充高双折射光子晶体光纤偏振滤波器

为了获得具有对称性结构的金填充高双折射光子晶体光纤,采用有限元方法对光纤的纤芯基模、金属表面等离子体激元的色散和损耗特性进行了分析。改变包层晶格节距、纤芯周围气孔直径以及填充金丝直径能够灵活地调节纤芯基模与等离子体激元之间共振响应波长点的位置和耦合强度。通过对光纤结构参量的优化,获得了一种基于通信波段的偏振滤波器。当特定空气孔数值孔径确定后,在1.55m处, x方向基模损耗可以达到473dB/cm,而y方向基模几乎不会受到等离子体激元的干扰。结果表明,与单偏振单模光子晶体光纤相比,新设计的光纤结构可以通过调节金丝直径大小,选择性地滤掉某一偏振方向的光,从而达到在通信波段滤波的效果。该研究对研制基于通信波段的偏振滤波器具有一定的参考意义。     

光子晶体光纤高灵敏度压力传感特性研究

为了提高压力传感器的灵敏度，利用光子晶体光纤理论及其高双折射特性和可灵活设计的结构特点，设计了一种新型边孔高双折射光子晶体光纤压力传感结构。采用全矢量有限元法并结合COMSOL软件对传感结构的受力和模场分布进行仿真分析，获得压力传感特性随几何结构和自由空间波长的变化关系，通过优化设计得到最优结构参量，进一步获得高压力灵敏度。结果表明，在最优结构下，自由空间波长为1.55μm、压力为200MPa时，偏振相位灵敏度为166.2rad/(MPa·m)，所能施加的最大压力为720MPa，相位模式双折射灵敏度保持在4.1×10-5MPa-1左右。该研究对提高压力传感器的灵敏度是有帮助的。     

空气孔正方形排列光子晶体光纤的有限元分析

采用全矢量有限元法结合完美匹配层吸收边界条件对渐增型空气孔正方形排列的高双折射光子晶体光纤的模场分布、限制损耗及双折射特性进行了数值模拟。仿真结果显示：该种结构的光子晶体光纤可以在包层空气孔层数仅为四层的情况下即可将限制损耗控制在1.31×10E-6 dB/m附近;同时横排内层空气孔的直径的变化可以有效地改变光纤的模式双折射曲线的走向,在长波长区间这种影响更为明显。     

平坦色散低限制损耗光子晶体光纤的设计

为了得到一种新的具有低限制损耗和平坦色散的光子晶体光纤,设计了具有6层空气孔的正八边形结构,将包层分布为3种不同空气孔直径d1,d2,d3,采用多极法数值模拟了这些结构参量对其色散特性和限制损耗的影响.得列在1.3μm～1.72μm波长范围内,光纤的色散系数介于-0.1ps/(km·nm)～0.58ps/(km·nm)...     

一种可用于化学传感的对角对称光子晶体光纤设计

本文提出了一种可用于化学传感的具有高双折射、低损耗的光子晶体光纤,并系统地分析了空气孔参数对光纤光学特性的影响.研究表明,最优结构的光纤在典型波长1.55μm时对水、乙醇和苯的相对灵敏度分别可达56.3％、59.9％和62.5％,相比现有光子晶体光纤分别提高1.05～6.25倍、1.05～4.99倍和1.03～4.63...     

A kind of photonic crystal fiber with high birefringence and low cofinement loss

The triangular-lattice highly birefringent photonic crystal fibers（PCFs） with gradually increasing diameter of the air holes along radial axis are put forward. The modal birefringence, dispersion and confinement loss of the fundamental mode are simulated by full vector Galerkin finite element method（FEM） with a perfectly matched layer（PML）. The results show that this PCF can keep low confinement loss when the rings of air holes are few. When the wavelength is 1.55 μm, the birefringence, the confinement loss of quick-axis and slow-axis are 1.365×10^-3, 0.017 dB/m and 0.051 dB/m, respectively. A new way is proposed to fabricate polarization-mainting fibers with high performance.