优化对称双芯PCFs耦合器性能的两种方法

为了从理论上优化对称双芯光子晶体光纤耦合器性能,采用两种方法进行了研究,首先通过改变双芯光子晶体光纤结构物理量d/Λ和Λ,选取几种不同结构的对称双芯光子晶体光纤耦合器的耦合特性进行了分析对比,然后对耦合器纤芯掺氟,改变其耦合性能。结果表明,耦合器具有在500nm范围内耦合比偏差小于4%的宽带效应。     

双芯光子晶体光纤耦合器模型优化研究

为了优化双芯光子晶体光纤耦合器的耦合性能,采用改变两纤芯间空气孔的结构和孔内折射率的方法,得到了双芯光子晶体光纤耦合器的优化模型。基于光束传播法数值分析出两纤芯间空气孔尺寸以及孔内注入材料折射率的变化对双芯光子晶体光纤耦合器的耦合性能的影响。结果表明,由于光纤的整体结构不变,使得光纤损耗系数保持不变;减小双芯间的空气孔孔径或增大孔内折射率都会使耦合器的耦合长度减小,两不同偏振方向的耦合长度差异减小,损耗减小;双芯间空气孔内折射率可调性强,使得光纤耦合器的耦合性能有易调节的优点,为设计双芯光子晶体光纤耦合器的优化模型提供了理论支持。     

用于宽带偏振无关耦合器的双芯光子晶体光纤

提出一种可用于宽带偏振无关光定向耦合器的新型双芯光子晶体光纤(PCF),利用全矢量有限元方法分析了光纤结构参数对其光学特性的影响,得到了一组优化的双芯PCF结构参数,满足易于制作、易于接续和接续损耗低等应用要求,在此基础上对光纤结构进行了改进,进一步降低了制作难度,基于该光纤可以设计出在1.26～1.625μm范围内分光比误差小于1%、两偏振态分光比误差小于0.2%的50:50耦合器,并在现有实验条件下,试制了近似结构的双芯PCF。     

混合导光双芯光子晶体光纤及分束器

设计了一种基于全内反射和光子带隙效应两种导光机制的混合导光双芯光子晶体光纤,以耦合模式理论为基础,利用全矢量有限元法和平面波展开法分析了其有效折射率和耦合长度特性。数值分析结果表明:通过改变光纤中大空气孔直径及孔间距,可以调节耦合长度的大小,通过改变高折射率柱直径以及高折射率柱的有效折射率,可以调节耦合长度大小及耦合长度极大值的位置。利用所设计的混合导光双芯光子晶体光纤制作的偏振分束器,其长度为5.2 mm,在31 nm带宽范围内,分光比小于-30 dB;在60 nm带宽范围内,分光比小于-20 dB。     

非对称双芯光子晶体光纤的温度传感特性研究

设计了一种基于非对称双芯光子晶体光纤的温度传感结构,在光子晶体光纤的一个纤芯中填充液体乙醇作为温敏介质,利用双芯光纤的定向耦合效应,通过检测定向耦合器的中心波长实现对温度的测量。用虚轴光束传播法分析光子晶体光纤基模的有效折射率与温度的关系,结果表明设计的光纤结构具有良好的温度传感特性,在-20～70 ℃范围内的温度检测灵敏度达3.73 nm/ ℃。用光束传播法仿真LP01模的传输特性,表明当光纤长度为耦合长度的0.5至1.5倍时,对于同一温度,传输光谱中主极大对应的波长保持恒定,传感器具有较大的制作容差。     

基于侧边抛磨光纤的侧面熔粘耦合的光纤耦合器

针对熔融拉锥法难以应用于制作特种光纤耦合器的情况,研究设计了一种适用于光子晶体光纤(PCF)或椭芯保偏光纤(ECPMF)等特种光纤耦合器制作的光纤侧边抛磨、侧面熔粘(FSA)耦合方法。通过建立仿真模型优化了光纤侧边抛磨的抛磨区包层剩余厚度等关键参数,利用侧边抛磨单模光纤(SMF)成功制作出FSA侧边抛磨光纤耦合器,并测试了光纤耦合器的相关特性参数。实验结果显示,侧面FSA耦合方法可制作耦合比(CR)为0～90%的特种光纤耦合器;所制作的光纤耦合器附加损耗(EL)小于0.5dB;在100nm光波长范围内,波长相关损耗(WDL)小于1dB;耦合输出端的偏振相关损耗(PDL)在光波长1310nm、1550nm处分别为0.30dB、0.45dB。研究结果验证了光纤侧边抛磨、侧面FSA耦合方法制作特种光纤耦合器的可行性,为有特殊要求的PCF或ECPMF等特种光纤耦合器制作奠定了方法基础。     

对称纤芯-包层光子晶体光纤的耦合特性

提出了一种新型对称纤芯-包层结构的光子晶体光纤,其截面由两组沿截面中心完全对称的纤芯-包层结构组成。对一组纤芯-包层结构的所有空气孔进行填充乙醇液体,利用填充液折射率的温度敏感性,来调制两纤芯之间的耦合特性。采用有限元法数值分析了该型光纤双芯不同结构参数及-20~70 ℃之间温度变化时的耦合特性。结果显示该型光纤双芯之间的耦合对温度具有高度敏感度,具有极短的耦合长度,在波长为1550 nm处耦合长度仅为55.00 μm,且可实现超短长度、高消光比偏振分束特性,长度为198 μm时消光比达到84.45 dB。该型光纤可以制作成性能很好的温度传感器和偏振分束器。     

熔锥型保偏光纤耦合器分光比的依赖性研究

基于耦合模理论,推导了熔锥型保偏光纤耦合器快慢轴耦合系数的关系式。通过对标准3 dB保偏光纤耦合器的偏振依赖性、波长依赖性、温度依赖性、双折射依赖性所引起的分光比变化的分析,得出了不同依赖因素对标准3 dB耦合器分光比稳定性影响程度的大小。分析结果表明,保偏光纤耦合器的双折射依赖性十分显著;波长依赖性和温度依赖性其次;在一定的工艺条件下,偏振依赖性可以忽略。另外,耦合器的固有双折射越大,分光比波动越大。所得结论对制作熔锥型保偏光纤耦合器的光纤选择、拉制工艺、封装工艺的优化和改进有重要意义。     

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.     

短长度超高消光比双芯光子晶体光纤偏振分束器

提出了一种基于双芯光子晶体光纤(PCF)的具有短长度和超高消光比的偏振分束器,利用全矢量有限元法(FEM)对双芯PCF的耦合特性和偏振分束器的性能进行了数值研究。研究结果表明:增大纤芯间椭圆孔椭圆率、适当提高掺杂折射率可显著降低双芯PCF的耦合长度;基于该双芯PCF设计的偏振分束器在1.55 mm波长处,长度为0.58 mm时,可以实现x,y偏振态的分离,消光比达到82.33 d B,消光比高于20 d B的带宽为70 nm,高于10 d B的带宽达到110 nm,覆盖了C+L波段。这为设计具有短长度、高消光比、宽带特性的PCF偏振分束器提供了一种新的结构。     

PCF-based polarization splitters with simplified structures

We propose novel polarization splitters based on photonic crystal fibers (PCFs), in which the cores of the splitters are nearly nonbirefringent. Different from conventional fiber-based polarization splitters, the birefringence in the new splitters results mainly from narrow silica regions physically connecting the two cores. This means that polarization splitting can be achieved without employing highly birefringent cores, which provides a possibility to greatly simplify the structures of the PCF-based polarization splitters and make them more practical. A 5-mm-long splitter with an extinction ratio of 20 dB has been obtained. We also discuss how the silica regions influence coupling characteristics of the dual-core PCFs and present a design guidance for the polarization splitters based on polarization-dependent coupling.     

不同分束比熔锥型光纤宽带耦合器特性研究

在弱导和弱耦合近似下，对熔锥型非对称耦合器进行了理论计算与分析，理论分析表明：这种非对称耦合器具有波长响应平坦的特性，而且非对称程度的大小直接影响耦合器输出功率的分配(即分束比)；通过在拉锥过程中控制组合波导的不同直径比，可以得到不同分束比的宽带耦合器．对分束比为50％的耦合器进行了性能测试，实验结果与理论分析相吻合．     

熔融拉锥过程中的偏振调制效应及应用

对光纤熔锥耦合器拉制过程中的偏振调制效应作了定性的理论分析,耦合区内的几何双折射和应力双折射导致的对称模和反对称模在x偏振方向和y偏振方向上的传播常数差不一致,从而引起两个方向的偏振光耦合的空间周期不同,存在相位差别,当相差正好达到π时实现偏振分离.在此基础上制作了熔锥型偏振分束器,消光比达到了16.5dB.     

Study of polarization-dependent coupling in optical waveguidedirectional couplers by the effective-index method with built-inperturbation correction

Polarization dependence is a major factor of consideration in the design of optical waveguide devices for application in optical fiber transmission systems. In this paper, we apply the recently proposed effective-index method with built-in perturbation correction to the study of the polarization dependence in the coupling coefficient of a directional coupler that consists of two parallel rectangular-core waveguides. Numerical results are found to agree with those calculated by the vector version of the Marcatili method with perturbation correction. With numerical illustrations, we show that the polarization dependence in the splitting ratio of a directional coupler can be eliminated by a proper choice of the physical parameters of the coupler. Our results provide useful guidelines for the design of polarization-insensitive integrated-optic directional couplers     

熔锥型宽带光纤耦合器的研究

为了探究非对称耦合器的特性, 利用具有折射率差异的两根光纤制作了宽带耦合器。采用数值计算模拟了不同折射率差光纤耦合器的光场分布以及输出光功率随拉伸长度的变化曲线, 并分析了两种宽带耦合器的带宽差异以及熔融度对功率转换比的影响; 采用光束传播法, 通过仿真模拟得到了理论带宽。结果表明, 耦合的功率转换比随两根光纤的不对称情况而变化, 功率转换比调节到耦合器分束比的大小时, 耦合器带宽最宽; 熔融度对宽带耦合器分束比有一定的调节作用; 3dB光纤耦合器在C+L波段波长响应平缓, 带宽范围达到150nm; 分束比3:7和1:9的耦合器带宽范围分别是210nm和330nm; 分束比1:99的耦合器带宽范围是420nm。此研究结果对制作非对称宽带耦合器提供了参考依据。     

A 1.3 μm directional coupler polarization splitter by ionexchange

A glass waveguide polarization splitter for operation in the 1.3 μm wavelength region is reported. The device, which has a symmetric directional coupler configuration, exploits the stress-induced birefringence in K⁺-Na⁺, ion-exchanged waveguides, giving rise to an adequate difference in the coupling lengths for the two polarizations. Starting from the measured potassium concentration (refractive index) profile of the structure and utilizing a combination of the multilayer stack theory and the effective-index method, the normal mode propagation constants and mode field profiles are calculated to determine the polarization splitting length and the extinction ratio, and the results are compared with the experimental data. It is shown that in a given coupler, the splitting occurs at several wavelengths in the 1.0-1.45 μm range. A 25 mm-long coupler, fabricated by thermal diffusion of K⁺ ions in BK7 glass, exhibits an extinction ratio of 18.2 dB at 1.32 μm, in excellent agreement with the simulation results     

A high-efficiency in-plane splitting coupler for planar photonic Crystal self-collimation devices

In this letter, we present the design, fabrication, and characterization of a high-efficiency in-plane splitting coupler for planar photonic crystal self-collimation devices. This splitting coupler consists of multiple concatenated in-plane reflective lenses and is capable of efficiently splitting and coupling a wide input beam into multiple narrow self-collimated beams. As an example, a one-to-two splitting coupler is simulated using the two-dimensional finite-difference time-domain method with an effective index used to account for the third dimension. The simulation shows a total coupling efficiency of 86% and a splitting ratio of two channels is 0.51 to 0.49. This device is also experimentally validated and the measured splitting ratio is 0.57 to 0.43.     

熔锥平行排列3×3单模光纤耦合器的研究

平行排列 3× 3单模光纤耦合器在光开关、光缓存器、光谐振腔、光滤波器等方面有很重要的应用 ,偏振态的演化和波长特性是耦合器应用中的关键问题。利用模耦合理论对平行排列 3× 3单模光纤耦合器的输出性能进行了详细分析 ,得出了光纤引线对耦合器的输出偏振态演化起主要作用 ,而耦合区的影响则比较小 ;通过理论推导模耦合系数 ,分析了耦合器的分光比随波长的变化关系 ,得出了输出分光比比较稳定的耦合器所需要的合适芯间距(对于我们研制的为 12 .5 μm)。并采用可移动火焰实际研制出了具有长耦合区的平行排列 3× 3单模光纤耦合器 ,测试表明输入光波长在 1 5 0 0～ 1 5 75 μm范围内变化时 ,耦合器的输出分光比变化不大 ,理论与实验结果基本相符