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。     

高双折射光子晶体光纤特性分析

建立了基于透明边界条件(TBC)的全矢量迦辽金有限元法(FEM)分析二维光子晶体光纤(PCF)的模型,并对椭圆芯等5种高双折射光子晶体光纤基模的模式双折射、限制损耗及色散特性进行了数值分析和比较.通过减小内包层中沿x方向的空气孔,增大沿y方向的空气孔构成的一种光子晶体光纤的模式双折射在波长1550 nm处高达5.96×10-3,而椭圆芯光子晶体光纤为1.52×10-3.研究表明,可通过增加内包层中两个正交方向上空气孔的尺寸差来获得高双折射;同时还得出内包层中放大的空气孔减小限制损耗,增加色散,而减小空气孔尺寸带来的影响则刚好相反;内包层上空气孔数量越少,色散越平坦.     

宽带色散平坦光子晶体光纤的优化设计与特性分析

设计了一种第一层为椭圆空气孔缺陷的宽带色散平坦光子晶体光纤,借助全矢量有限元法对这种结构的光子晶体光纤的色散特性、模场面积、双折射和限制损耗特性进行了数值模拟.结果表明改进的光子晶体光纤的色散曲线可以在很宽的波长范围内保持色散平坦并具有较低的色散值,其模场面积较未改进光子晶体光纤的模场面积要大,光纤的限制损耗变小且双折射也相当小.主要分析了这种光纤的结构参数的优化后,光纤的色散特性、有效模面积、双折射以及限制损耗特性的变化规律,最终设计了在1 200～1 800 nm波长范围内超平坦色散的光子晶体光纤.     

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...     

矩形晶格结构双芯光子晶体光纤偏振分束器的研究

椭圆形空气孔光子晶体光纤可以产生较高的双折射,使得不同偏振方向的光有不同的耦合长度.将光纤的双折射现象应用于双芯光纤中,可以实现偏振状态的分离.应用平面波扩展法分析了椭圆形空气孔、矩形晶格结构的双芯光子晶体光纤中结构参量对光束不同偏振方向的耦合长度的影响,设计了一种基于椭圆形空气孔、矩形晶格结构的双芯光子晶体光纤偏振分束器.应用全矢量光束传播法分析了这种光纤偏振分束器的性能.结果表明,在1.55 μm工作波长上,长度为1.055 mm的光纤即能实现偏振状态的隔离,隔离度达到-16.9 dB,隔离度＜-16 dB的带宽可达到270 nm.     

高双折射双芯光子晶体光纤特性

提出一种新型的高双折射双芯光子晶体光纤(PCF)模型,通过将最内层8个空气孔替换为4个椭圆空气孔来增大光纤的结构不对称性;通过改变两纤芯间的空气孔大小、椭圆空气孔的椭圆度以及孔间距来分析光子晶体光纤的双折射度、耦合长度以及色散特性。结果表明,双芯光子晶体光纤的模式双折射度达到10-2量级,耦合长度达0.1367 mm,在1.0~1.6 μm波长范围内具有超平坦色散特性。     

一种高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤的设计

设计了一种新型光子晶体光纤结构,该光纤包层包含六个由不同形状空气孔组成的轴对称的三角晶格,并在中间沿x轴引入一排大小不同的椭圆空气孔,实现了高双折射、低限制性损耗和大负色散特性。构建了该光子晶体光纤的有限元模型,基于该模型研究了中心两个空气孔的偏转角对LP₀₁模和LP₁₁模的模场分布、双折射系数、限制性损耗和色散系数的影响。研究表明,在偏转角α=90°时该型光纤具有最优性能,即LP₀₁模可在波长为1550nm处获得高达3.618×10-2的双折射、仅为1.999×10-14dB/m的限制性损耗以及低至-764ps/(nm·km)的大负色散,其综合传输特性优于现有典型光子晶体光纤。     

高双折射低有效模场面积SF57软玻璃光子晶体光纤设计

设计了一种包层为椭圆孔排列的六边形结构SF57软玻璃光子晶体光纤,在其纤芯区域引入了菱形排列的四个小椭圆孔.利用有限元法模拟了该光子晶体光纤的双折射和有效模场面积,获得了波长1.55μm处双折射为1.01×10~(-1),x和y偏振的有效模场面积分别为1.52μm~2、1.55μm~2的高双折射低有效模场面积光子晶体光纤.且对该光纤的结构参数进行了实验制作的容差性分析,得到了较大的制作容差对其光纤的双折射影响很小,具有较好的偏振稳定性.     

复式晶格红外光子晶体光纤的设计与性能分析

提出一种基于复式三角晶格的红外光子晶体光纤,该光纤采用具有优良透过特性的Ge30Sb8Se62硫系玻璃作为基底材料,由圆形与方形两种介质柱组成晶格,两者按横、纵向上错位相间嵌套排列,每个介质柱与相邻介质柱的夹角都成60°。文章采用平面波展开法和有限元法分析了不同结构下该光纤的光子带隙和限制损耗特性,通过优化光纤的结构参数,获得了10.6μm处大带隙、低损耗的光子晶体光纤。     

一种新结构光子晶体光纤的双折射特性研究

在普通正六边形光子晶体光纤的基础上,通过改变x轴方向空气孔的大小及分布构造了一种新结构的光子晶体光纤。利用多极法对该光子晶体基模的模场分布及双折射进行了数值计算,分析了光波长与结构参数对双折射的影响,同时对光子晶体光纤的色散特性进行了研究。结果表明,通过改变x轴方向空气孔的大小以及分布结构使光子晶体光纤比普通六边形结构光子晶体光纤的双折射率明显提高,并且具有较低的宽带反常色散,在光纤双折射效应的应用和光学器件的研制等方面具有独特的优势。     

高双折射高非线性低损耗八边形光子晶体光纤特性

为了同时实现高双折射高非线性并得到低损耗,设计一种在光纤纤芯附近引入椭圆形空气孔和圆形空气孔组成的新型优化的八边形光子晶体光纤。采用全矢量有限元法结合各向异性完美匹配层,对该光纤的有效面积、非线性、双折射和损耗特性进行了模拟分析。数值模拟结果表明,通过选择适当的结构参数,在波长1.55 m处,该光纤具有高双折射高达B=1.6810-2,比普通光纤高两个数量级,高非线性系数为=60 W-1km-1和低损为0.6 dB/km。这种具有高双折射高非线性系数的光纤可用于光通信、偏振敏感的各种设备和产生超连续普等领域。     

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。     

平面波展开法在质量分数测量上的应用研究

为了提出测定果糖质量分数的新方案,采用光子晶体平面波展开法进行了理论分析和数值模拟。通过研究以硅半导体材料为背景介质周期性排列空气孔圆柱构成的光子晶体,分别取得了正方晶格和三角晶格的空气孔结构光子晶体的TE模、TM模禁带结构特性。结果表明,在高频率区域,2维正方晶格或三角晶格结构各向同性光子晶体的光子带隙随待测质量分数不同是单调变化的;同时,晶格结构对光子带隙有一定的影响,不论是在正方结构还是三角结构光子晶体中,TE模带隙都比TM模大得多。这对质量分数测量和高血糖患者的临床应用有一定的指导作用。     

填充型增敏式光子晶体光纤压力传感器结构

为了实现光纤传感器压力增敏的效果,设计了一种具有高双折射的光子晶体光纤结构。采用有限元法计算光子晶体光纤在不同应力作用下的有效折射率, 基于光子晶体光纤的压敏特性,分析光子晶体光纤的模式, 并选择该结构里的一个空气孔,填充具有特定折射率的液体材料,构成新型压力传感器。该结构的压力灵敏度由COMSOL软件的仿真得出。结果表明, 经填充液体后,偏振相位灵敏度从72rad/(MPa·m)提升至128rad/(MPa·m),显著提高了77.7%。该研究对增强传感器的力学性能有帮助。     

折射率导模高双折射光子晶体光纤的偏振特性

本文应用全矢量模型,研究一种折射率导模高双折射光子晶体光纤的特性.重点研究了该种光纤的偏振特性,包括基模场的线偏振特性,模式的双折射及偏振模色散.研究表明,由于在包层中采用两种不同尺寸的空气孔,基模中两个正交偏振模简并被打破,呈现出较高的模式双折射,模式双折射比普通的保偏光纤高至少一个量级,在波长1540nm,其拍长可达0.4067mm.改变光子晶体光纤的结构参数,将获得更高的双折射和更大的群时延差.分析结果与实验测量结果相吻合.     

高双折射双芯光子晶体光纤偏振分束器

设计了一种基于双折射效应的新型矩形纤芯光子晶体光纤偏振分束器,通过在矩形晶格结构的光子晶体光纤的每个纤芯中引入一对椭圆来增加结构的双折射。应用全矢量有限元法（FEM）分析了双芯光子晶体光纤中结构参数对双折射和耦合长度特性的影响,数值模拟了该偏振分束器的性能。结果表明:增大椭圆率可以在增大结构的双折射的同时减小耦合长度,并且该分束器在工作波长为1.55 m、传输长度为282 m 的光纤中能够实现偏振状态的隔离,消光比达到最小值-45.42 dB,并且在1.507~1.596 m、带宽为89 nm 的范围内消光比小于-10 dB。     

椭圆孔正方形点阵聚合物光子晶体光纤偏振特性

以聚合物为基材,设计了一种单模零走离参数的高双折射光子晶体光纤,该光纤具有椭圆孔正方形点阵,基于全矢量平面波方法,对其传输模场和偏振特性进行了数值模拟。结果发现,与传统的光子晶体光纤相比,该光纤具有更大的模式双折射和走离参数,当增长光纤结构参数椭圆孔长短轴之比η时,双折射明显增强并高达3.5×10-2,走离参数在低频区出现零走离点,这为在该光纤中即保持高双折射又实现零走离单模运转提供了可能。     

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。