椭圆芯光子晶体光纤的偏振特性

采用全矢量模型研究椭圆芯光子晶体光纤(photonic crystal fibers,PCFs)的偏振特性。研究表明：椭网芯PCF基模的两个正交偏振态不再简并,模场具有较强的线偏振特性;模式双折射可达10^-3量级,该数值比传统椭圆保偏光纤至少高一个量级;在比传统椭圆保偏光纤更长的波长处获得零走离点和负走离区。椭圆芯PCF的偏振特性与光纤结构参数有较强的依赖关系,通过适当选择光纤的相对孔径和孔距,有望在给定的波长上实现高双折射和零走离单模运转,或设计出高双折射、大走离的单模光纤,为研制高性能保偏光纤提供了一个新的途径。     

椭圆芯保偏光纤模传输特性和模间干涉拍长的研究

 保偏光纤模传输特性和模间干涉拍长是模间干涉式光纤传感器设计中的关键参数,对于确定光纤传感器的工作波长、动态范围和线性度具有重要作用.本文从理论上对椭圆芯保偏光纤的模传输特性和模间间干涉拍长进行了分析计算,首先计算得到椭圆芯保偏光纤中几个线性偏振模的传输特性,并据此得到两个低阶线性偏振模LP₀₁和LP^e₁₁的模间干涉拍长.通过试验对计算得到的模间干涉拍长进行了研究,理论和试验结果表明模间干涉具有数百微米的拍长,可以用于设计稳定的光纤传感器.     

基于圆对称径向双折射的径向偏振场光纤

当面向高功率径向偏振场激光的产生和传导时,在光纤内实现高的模式区分度与大的模场面积一直是核心的技术挑战。基于此,提出一种全新的径向偏振场光纤设计方案,通过在纤芯内部引入圆对称的径向分布热应力场,使得纤芯内形成径向双折射效应,有效打破常规光纤中偏振模式之间的简并,使TM_(01)模、TE_(01)模和HE_(21)模的有效折射率差为10~(-4)量级,从而将TM_(01)径向偏振模区分出来。同时,此类径向偏振场光纤更易实现TM_(01)模场的大模面积设计。     

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.     

基于谐振耦合现象的三芯光子晶体光纤偏振分束器

设计了一种三芯光子晶体光纤(PCFs)偏振分柬器.利用光纤的谐振现象,实现了偏振状态的分离.当三芯光子晶体光纤中三个超模式的模式折射率满足一定条件时,将产生谐振现象.通过选择合适的光纤结构参数,可使某一偏振方向的光接近谐振条件,而另一偏振方向的光远离谐振条件.在光纤的输出端,由于耦合的程度不同,两个偏振光的功率集中在不同的纤芯区,从而达到分离偏振光的目的.应用有限元法(FEM)计算了三芯光子晶体光纤中的模式折射率,选择了合适的光纤结构参数.应用全矢量光束传播法(BPM)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1.039 mm的光纤即能实现偏振状态的隔离,隔离度达到-36.98 dB,隔离度<-11 dB的带宽可达到24 nm.     

保偏负曲率光纤的双折射特性分析北大核心CSCD

设计了一种具有偏振滤波特性和保偏特性的空芯负曲率光纤(HC-NCF),并对其特性进行了分析。通过引入内包层管破坏常规HC-NCF的对称性,使两个正交方向的基模和内包层玻璃管模式进行耦合,从而增加两个偏振方向的折射率和损耗差异。进而对光纤双折射特性和损耗的影响因素进行分析,包括内包层管的壁厚、内包层管的内直径和纤芯直径。结果表明,当光纤纤芯直径和外包层管环内直径为30μm,外包层和内包层管环壁厚分别为1.116μm和1.56μm,内包层管的内直径为9μm时,在1.55μm波长处双折射达到1.33×10^(−4),基模x偏振和y偏振方向的偏振消光比达到4723(36.7 dB),并且偏振消光比大于100的带宽为7 nm。此外,1.55μm波长处的最低损耗约为0.03 dB/m。这种保偏HC-NCF可应用于对偏振敏感的光纤器件。     

负折射率及零折射率光纤的光学特性

研究了芯层折射率为正,包层折射率为负的光纤导模光学特性,通过色散曲线分析比较了与常规光纤的不同,表现为低阶的简并的模式更少,单模存在的区域更多。进而分析了当包层折射率趋于零时的光学特性,发现与前两种光纤的光学特性都不同。分析发现当包层的介电常数和磁导率有一个为零时,在较小的区域各自出现了一条单模,与常规光纤的HE11模特性有很大不同,其色散曲线偏离方式与常规光纤相反,且出现了无模式存在的区域。     

偏振可调的太赫兹单偏振单模光子晶体光纤

采用折射率匹配耦合法,提出了一种偏振可调的单偏振单模太赫兹光纤。通过在纤芯设计非对称微结构来实现芯模x、y偏振模式的分裂;在包层空气孔中填充折射率匹配液来引入缺陷模式,通过调整液体折射率来分别实现它与芯模x、y偏振模式的匹配。结果表明,当液体折射率为1.288时,x偏振模式匹配。当入射光频率大于0.73THz时,偏振损耗比大于100,光纤以y偏振模式运转;当入射光频率为1THz时,偏振损耗比达到最大值1020。当液体折射率为1.338时,y偏振模式匹配。当入射光频率在0.87~0.93THz时,偏振损耗比大于100,光纤以x偏振模式运转;当入射光频率为0.9THz时,偏振损耗比达到最大值118。该设计实现了光纤单偏振运转模式的切换,具有宽带、可调、易于实现的特点。     

基于两种光纤介质模型的长周期光纤光栅传感特性分析

仿真分析了单轴晶体光纤的两层介质模型与三层介质模型所得纤芯模有效折射率的差别,并基于该差别对长周期光纤光栅的外界环境折射率、温度和轴向应变传感灵敏度进行了仿真分析。结果表明,对两层、三层介质模型的纤芯模,尤其对薄包层光纤有效折射率有较大差别;用两层介质模型和/或材料的折变系数计算所得的长周期光纤光栅的外界环境折射率、温度和轴向应变灵敏度有较大的误差,需应用三层介质模型以及模式的有效折变系数进行准确计算。据此计算了上述3种传感灵敏度与光纤包层半径及包层模序数的关系。为长周期光纤光栅传感器的分析设计提供了指导。     

中央空气纤芯半径对PBG-PCF基模特性调节研究

为数值研究中央空气纤芯半径对六重对称带隙导光型光子晶体光纤基模特性的调节,采用全矢量平面波与多极方法分别计算出该类光纤的带隙结构及不同中央空气纤芯半径时可能存在基模的有效折射率,由有效折射率分析了基模色散、非线性和限制损耗特性。数值结果表明,中央纤芯半径越大,色散越大,长波长段色散随入射波长在零色散附近振荡变化,在某一特定波长时非线性系数随中央纤芯半径的增大而增大;基模限制损耗总体随入射波长的增大而减小,在某些纤芯半径处出现振荡特性。     

Nanostructure Core Fiber With Enhanced Performances: Design, Fabrication and Devices

We report a new type of silica-based all-solid fiber with a 2-D nanostructure core. The nanostructure core fiber (NCF) is formed by a 2-D array of high-index rods of sub-wavelength dimensions. We theoretically study the birefringence property of such fibers over a large wavelength range. Large-mode-area (LMA) structure with a typical high birefringence in the order of $10^{-4}$ can be easily realized. The attenuation of the fabricated NCF is as low as 3.5 dB/km at 1550 nm. Higher macro- and micro-bending losses compared with those of the single-mode fiber (SMF) due to the reduced index difference have been observed experimentally, which suggests that the NCF is potentially useful for curvature and strain sensing applications. A fiber Bragg grating (FBG) inscribed in such a novel fiber is side-polished to make use of its evanescent field for refractive index sensing. The refractive index sensitivity obtained is one order of magnitude higher than that of the side-polished FBG in SMF, while the temperature and strain performances are comparable with those of the SMF-based FBG.      

纯石英芯掺氟玻璃包层光纤的数值孔径

纯石英芯掺氟玻璃包层光纤是一种新结构的大芯径光纤,纤芯材料是纯石英玻璃,包层材料是掺氟石英玻璃,由于氟杂质可以降低石英玻璃的折射率,故纤芯材料与低折射率的包层材料可以组成传光波导。国外是采用POD（等离子体外相沉积）技术生产这种光纤,我们采用的是国内首创的管棒熔融套装法,制成了相同结构的光纤,为了提高光纤的性能,我们对该光纤进行了低、高折射率双层涂料涂覆,在测试中发现光纤的数值孔径参数随着光纤测试样品涂覆长度的变化而变化,变化范围为0.1889～0.3152。     

低折射率实芯Bragg光纤传输特性研究

Bragg光纤是一种新型的光子晶体光纤,具有径向一维周期性结构。随着Bragg光纤研究的不断深入,国内外提出了具有各种不同结构的Bragg光纤,不再局限于空芯Bragg光纤。这就使Bragg光纤的研究内容更加丰富,也使更多新颖的传输特性成为可能。提出了一种低折射率实芯Bragg光纤,纤芯用SiO2作为材料,包层用折射率略高于SiO2的介质和SiO2交替产生周期性结构。使用渐进矩阵法对它的传输特性做了初步研究,发现在较宽的频带内有很好的单模传输特性,其泄漏损耗在10^-3dB／km量级。     

基于侧面抛磨锗芯光纤的折射率传感器

通过抛磨单模-多模-单模(Single mode-Multimode-Single mode,SMS)光纤结构,设计制作一种光纤折射率传感器。多模光纤选用的是纤芯直径为16μm的锗芯光纤,纤芯直径较小,使制作的传感器尺寸较小,从而在传感应用中具有较高的样品利用率。单模光纤纤芯直径为8.4μm,可确保抛磨至多模光纤纤芯附近时单模光纤的纤芯不被破坏。SMS被AB胶固定在玻璃槽内,使得侧面抛磨光纤具有很好的鲁棒性,可重复使用性。制备并侧面抛磨了锗芯光纤长度分别为0μm、23μm、70μm、690μm、2 mm的SMS光纤结构。对产生的传输光谱进行测量,发现前4个样品随着周围环境折射率的增加,谐振波长向长波长处偏移;而前3个样品的折射率测量灵敏度随着锗芯光纤长度的增加而提高。当锗芯光纤长度为70μm时,在1.333~1.367折射率区间内,灵敏度可以达到623.5 nm/RIU。然而,过长的锗芯光纤导致折射率测量灵敏度降低。当锗芯光纤长度为2 mm时,抛磨过程中激发产生了包层模,导致传输光谱复杂、不稳定,而且长波处产生了较大的插入损耗。     

高效红外反射偏振器的研究

文中给出了在低折射率透明基底上涂镀高折射率透明薄膜构成高效、Ｐ分量抑制的红外反射偏振器的实例。对于未被抑制的Ｓ偏振分量的反射率可达ＲＳ≥９５％,因此可以与金属基底的薄膜反射偏振器相比,并且避免了对升温的强迫制冷要求。同时研究了薄膜厚度、入射角及波长的微小变化（或误差）对于该偏振器消光率的影响。     

塑料光纤纤芯折射率分布的聚焦法测量

采用聚焦法对渐变折射率塑料光纤纤芯折射率分布进行了测量。聚焦法是一种非破坏性的测量方法,用平行光线垂直照射塑料光纤,并用聚焦于纤芯边界平面的显微镜进行观察,像平面的光强分布由计算机进行视频采集,经过计算得出纤芯的折射率分布。设计了测试系统,得到了塑料光纤的折射率分布曲线,并进行了误差分析。     

应用于折射率检测的光纤表面等离子体波传感器的研究

光纤表面等离子体波传感器具有结构简单、灵敏度高等特点,在机敏结构中具有非常重要的应用前景。运用光纤表面等离子体波来测量折射率是一种简便、灵敏的方法,我们可以利用这一特性制作出通过检测折射率对复合材料进行固化检测的光纤表面等离子体波传感器。本文介绍了光纤表面等离子体波传感器的基本原理及利用这种光纤传感器来测量折射率的初步研究。     

Dopant dependence of effective nonlinear refractive index in GeO2- and F-doped core single-mode fibers

We describe the dopant dependence of the effective nonlinear refractive index n_2eff in GeO₂- or F-doped core fibers theoretically and experimentally. We show that the dopant dependence of the nonlinear refractive index n₂ of F-doped bulk glass is the inverse of that of GeO₂-doped bulk glass. We also show that the effective nonlinear refractive index n_2eff in F-doped core fibers, estimated by using the dopant content dependence of n₂, is in good agreement with our experimental results. Moreover, we confirm that n_2eff in an optical fiber strongly depends on the refractive index profile of its core     

光子晶体光纤模式特征的数值研究

应用光子晶体光纤（PCF）的本地正交基函数模型，对PCF的模式特征进行了详尽的数值研究，包括模式特性、传输常量、模场分布、模场面积、功率限制特性等。结果表明：通过调节PCF的结构参量，可以设计大有效面积PCF，用于高功率传输和制作光纤激光器；利用PCF的芯层与包层较高的折射率差，将光功率更大限度地限制在芯层以利于研究非线性效应等。