抽运波长对中红外超连续谱影响的数值模拟

采用数值模拟研究了飞秒脉冲在悬吊芯As_2S_3微结构光纤中传输时,抽运波长对中红外超连续谱产生的影响。通过分步傅里叶算法数值求解广义非线性薛定谔方程,对不同抽运波长的飞秒脉冲在悬吊芯As_2S_3微结构光纤中传输时的传输特性及演化过程进行分析。模拟结果表明,当抽运波长为2300nm时,处于光纤的反常色散区且近零色散波长,可获得宽带且平坦的中红外超连续谱,光谱范围覆盖1.2~7μm;当抽运波长为2500nm时,处于光纤的反常色散区且远离零色散波长,可获得超宽带中红外超连续谱,光谱范围覆盖1.2~7.5μm,但其平坦度略差。该结果对产生中红外超连续谱时选择合适的激光抽运波长,进而优化中红外超连续谱具有重要的参考价值。     

基于微结构光纤的10 GHz超过1100信道的平坦超连续谱光源

报道了一种基于微结构光纤的宽带、平坦超连续谱(SC)光源。利用锁模半导体激光器产生的1.6ps,重复率为10GHz的光脉冲,通过一段80m的色散平坦高非线性微结构光纤(HNL-MF),在1.55μm波长区域产生了谱宽超过100nm的平坦超连续谱。实验中采用的微结构光纤的非线性系数约为11W-1·km-1。光纤具有小的正常色散和平坦的色散特性,在1550nm波长处,光纤的色散值约为-0.58ps·nm-1·km-1,而在1500～1650nm波长范围内,光纤的色散值变化小于1.5ps·nm-1·km-1。实验中获得的宽带、平坦超连续谱在1503～1593nm宽达90nm的波长范围内,具有±2.5dB的平坦度。该宽带、平坦超连续谱能同时提供波长间隔为10GHz,超过1100路的多波长载波信道。通过对光谱滤波,获得了速率为10Gbit/s的多波长脉冲序列。这样的超连续谱光源在波分复用(WDM)光通信系统、光波长变换等方面都有重要的应用。     

方形纤芯六边形微结构光纤的色散特性研究

本文设计了一种纤芯为正方形的微结构光纤,六边形周期分布空气孔组成包层,基于comsel软件,使用有限元分析法,对此微结构光纤基模的色散特性进行数值仿真,研究了色散和纤芯圆孔尺寸以及波长的依赖关系.当d=1.2μm,Λ=2.0μm,d1=1.2μm时,在1.3~2.0μm波长范围色散相差大约在4ps/(km·nm).     

基于组合包层的微结构光纤的色散特性

为了获得微结构光纤的平坦色散特性,设计了一种圆形排列的微结构光纤,其包层由周期分布的空气孔构成,通过有限元数值分析法对该微结构光纤基模的色散特性进行了数值仿真,研究了色散和纤芯圆孔尺寸以及波长的关系。结果表明:内外空气孔间距和直径对微结构光纤的色散曲线都有影响,但内包层大孔间距和第一圈小空气孔的直径对色散曲线的走向起决定作用。在内圈空气孔直径为3.1μm,其他空气孔直径为1.0μm,内圈空气孔中心间距为5μm,其他空气孔中心间距为4μm时,光纤在1.3μm波长的色散为19.5ps/(nm·km),在1.6μm波长的色散为26.5ps/(nm·km),在1.3～1.6μm波长范围内,其色散值变化范围为7ps/(nm·km)。     

单模光纤设计和性能的进展

本文对近年来长波长单模光纤设计和性能的进展作了综合评述。常规单模光纤的零色散波长在1．3μm有匹配包层和压低包层两种折射率分布，设计和选择芯径d、折射率差△、归一化频率V、截止波长λε、建模直径dp等参数时，要使1．3μm的损耗、色散和抗弯能力等性能最佳化。于是考虑波导色散抵消材料色散，使零色散波长移至最低损耗波长1．55μm及其附近窗口。这类光纤称为色散移位和色散平坦单模光纤，其折射率分布有三角形、分隔纤芯和四包层等几种设计。将MCVD、OVD、VAD、PCVD四种工艺的设计和性能列表相互比较。最后总结光纤通信所用单模光纤的现状和前景。     

利用正常色散微结构光纤产生平坦的超连续谱

利用1.7 ps、中心波长为1565 nm和重复率为10 GHz光脉冲入射到80 m具有小正常色散的色散平坦高非线性微结构光纤(HNL-MF)中,在通信波段获得平坦展宽超过100 nm的超连续谱.除了在泵浦波长附近几nm波长范围内具有小的谱峰外,超连续谱在1 512～1 612 nm内具有±3 dB的平坦度.同时研究了不同泵浦波长情况下超连续谱产生的情形,由于不同泵浦波长处光纤的色散斜率不同,因此对超连续谱对称性产生一定的影响,色散斜率越小,产生的谱的对称性也越好.     

低损耗近零超平坦色散光子晶体光纤的设计

设计了一种用于买现低损耗、近零超平坦色散特性的光子晶体光纤结构,这种结构光纤包层空气孔层数少,内三层空气孔直径相同,制作过程简单;应用多极法研究了此结构PCF各个参数特别是最外层空气孔直径对色散和损耗特性的影响,通过优化结构,设计出了在1.3μm至1.65μm波长范围内色散绝对值小于0.5ps/（nm.km）,1.55μm处损耗为4.5dB/km的低损耗近零超平坦色散光子晶体光纤。     

微结构芯光子晶体光纤色散特性的研究

在双包层近零色散平坦光子晶体光纤中引入微结构后,利用多极法对新的光子晶体光纤结构进行了数值模拟.其中在包层结构参数不变的前提下,研究了纤芯中微结构的结构参数变化对色散特性的影响.研究结果表明:通过优化纤芯结构参数,在不改变色散平坦度和色散平坦带宽的情况下,实现了色散曲线的整体下移,进而达到正常色散.     

基于色散调制硒化锌脊形波导产生超连续谱（英文）

研究了基于色散调制硒化锌脊形波导中红外超连续谱的产生,仿真表明通过调整波导中波导芯层和包层之间的折射率差距和结构参数,零色散波长可以转移到更短的波长。用2μm厚的Ge,5As10S85玻璃作为包层可以将光场限制在4和8μm宽的波导中。为了解泵浦波长和结构参数对超连续谱产生的影响,模拟5 cm长波导在不同条件下产生的超连续谱。我们的结果表明,泵浦波长和功率以及波导参数是影响超连续谱展宽的主要原因。研究发现,4μm宽硒化锌波导在4.5μm波长20千瓦峰值功率下可以产生3.0～12.2μm(大于2倍频程)超连续谱,这有利于片上超连续光源应用在生物医学成像、中红外环境和工业传感上。     

微结构硫化物光纤中中红外超连续谱的产生

采用微结构硫化物光纤,以非线性薛定谔方程(NLSE)为理论模型,利用分步傅里叶计算方法,研究了输入脉冲的中心频率和脉宽对中红外超连续谱(SC)的影响。采用的微结构硫化物光纤具有较高的非线性效应和两个零色散波长(ZDW),且第二个零色散波在中红外波段,有利于中红外超连续谱的产生。通过仿真发现,输入脉冲的中心频率和脉宽对连续谱的产生都有很大影响。数值仿真中,输入具有不同频率和脉宽的脉冲,输入波长接近零色散点时较远离色散点时产生的中红外超连续谱要宽。而且,在保持峰值功率不变的情况下,脉宽对频谱展宽程度没有影响,但是较短脉冲产生的中红外超连续谱更为平坦。     

全正色散双包层拉锥Ge-As-Se-Te光纤中的宽带相干超连续谱产生

制备了具有全正色散特性的Ge-As-Se-Te双包层拉锥光纤,并研究了其中的红外超连续谱输出特性。所采用的拉锥光纤的纤芯直径为12μm,外包层直径为108μm,锥区长度为9.8 mm。利用6μm的飞秒激光泵浦10 cm长的拉锥光纤,获得了1.5～14.3μm的超连续谱输出。与同样纤芯直径的单包层拉锥光纤相比,双包层结构不仅增强了光纤的机械强度,还减少了泵浦能量在锥区的损耗,进一步拓宽了超连续谱的宽度。模拟计算结果表明,该超连续谱具有高的相干性。     

三零色散光子晶体光纤中超连续谱的产生与控制

提出了利用倍频效应得到双波长抽运三零色散光子晶体光纤(PCF),产生近红外、中红外波段超连续谱。设计三零色散光子晶体光纤结构,采用分步傅里叶算法数值求解非线性薛定谔方程,模拟双波长抽运三零色散光子晶体光纤产生超连续谱的演化过程,分析了不同光纤长度和脉冲峰值功率对产生的超连续谱的影响。结果表明:当抽运激光脉冲中心波长分别为1μm和2μm、脉宽为100 fs、重复频率为200 k Hz,传输距离为10 cm、脉冲峰值功率为10 k W时,得到了谱宽为690~3150 nm的超连续谱,包含了近红外、中红外波段,光谱具有较好的连续性和平坦度。     

硫系化物悬吊芯光纤产生温控可调谐超连续谱

设计了一种以高非线性三硫化二砷(As2Se3)作为纤芯、以温敏材料甲苯填充包层的悬吊芯光纤,并提出了一种产生可调谐超连续谱(SC)的方法。通过全矢量有限元法数值模拟了光纤中传输光的色散和非线性特性,利用非线性薛定谔方程和分步傅里叶算法分析了在甲苯临界温度为-90~110℃范围内产生的SC,并进行了结构参数和泵浦参量的优化;引入光谱平坦度(SFM)的概念,对模拟产生的SC进行定量分析。研究发现,当光纤纤芯直径为3μm时,利用中心波长为3.1μm、峰值功率为20 kW、脉冲宽度为300 fs的泵浦源可在临界温度下实现1.20μm光谱宽度的调谐;随着可调谐光谱宽度的增大,SFM略有下降,SFM的取值范围为0.89~0.92,这说明SC保持平坦。产生的可调谐SC在物质探测、光谱学和环境分析等领域具有广阔的应用前景。     

脊形芯硫系光纤的制备及其线偏振超连续谱的产生

以Ge12As24Se64 (Ge-As-Se)和Ge10As24S66 (Ge-As-S)玻璃分别作为纤芯和包层材料,研制一种具有脊形芯的保偏硫系玻璃光纤,用于产生线偏振中红外超连续谱(MIR SC).利用有限元法模拟了脊形芯光纤的群速色散特性并确定了纤芯的几何尺寸,采用挤压法结合多级棒管法制备了该光纤.制备的光纤在2.9～5.5 μm波长的典型损耗约为4 dB/m,偏振消光比为19.4 dB～19.6 dB.采用中心波长为3.7 μm、脉冲宽度为170 fs、重复频率为100 kHz、平均功率为40 mW的激光抽运长度为12 cm的光纤,获得了光谱范围为2～9.5 μm、平均功率约为4 mW的超连续谱,偏振消光比约为19.2 dB.研究结果表明,脊形芯Ge-As-Se/Ge-As-S硫系玻璃光纤是一种有潜力产生线偏振中红外宽带超连续谱的非线性介质.     

八边形光子晶体光纤色散及非线性的研究

设计了一种多包层正八边形结构光子晶体光纤,研究了空气孔直径、孔间距对色散及非线性的影响;通过优化结构参量,理论上实现了在1.47~1.6μm波长范围色散值在±0.2ps/(km·nm)之间波动;在波长1.55μm处非线性系数值高达40.5(1/W·km)。获得了在1550nm附近具有平坦色散和高非线性双零色散光子晶体光纤,为研究非线性效应提供了一定的理论基础。     

包层折射率凹陷分布的单模光纤的特性

业已研制出VAD凹陷包层的单模光纤。所制备的光纤在纤芯中掺锗,折射率差为△~ =0.2～0.3％;在包层中掺氟,负折射率差为△~-=0.1～0.4％。包层与芯径之比为5到9,1.3μm波长处传输损耗小于0.5 dB/km。已发现,凹陷包层光纤侧向压力引起的弯曲损耗增加值与匹配包层光纤弯曲损耗增加值相等,匹配包层光纤的折射率差等于凹陷包层光纤折射率差的总和(△=△~ △~-)。但是,凹陷包层光纤的色散与纤芯中具有同样含锗量的匹配包层光纤的色散极其相似,即具有相同的正折射率(△=△~ ),使得1.3μm波长处的色散比较低。此外本文还证实了,这种光纤的熔融接头损耗与匹配包层光纤的熔融接头损耗一样小,在整个成缆过程中传输损耗始终很低。     

用于产生超连续谱的硫系光子晶体光纤的色散特性

光子晶体光纤具备的无截止单模、模场面积可调和色散可控的特性,使其在超连续谱的产生中具有独特的优势。超连续谱的产生条件之一,是所使用的光纤须具有高的非线性,而硫系玻璃非线性系数极高,因此利用硫系玻璃光子晶体光纤产生超连续谱的研究备受关注。采用熔融-淬冷法制备Ge23Sb12S65硫系玻璃,并以此为基质设计了用于超连续谱产生的高非线性光子晶体光纤。采用多极法分析光纤孔间距、孔径比d/等对光纤的色散零点位移、色散平坦调控、损耗及模场面积的影响,最终得到当=2m,d/=0.43时,可获得2~4m平坦色散的高非线性光子晶体光纤结构。     

基于光子晶体光纤高质量超连续谱的优化设计

采用分布傅里叶方法模拟了光子晶体光纤超连续谱的产生,分析了超连续谱的产生机理与不同光子晶体光纤超连续谱的特点,分析结果表明,在正常色散区可以获得高质量超连续谱.优化光子晶体光纤结构,利用脉宽为100 fs、峰值功率为500 W的高斯脉冲通过10 m长的优化光子晶体光纤,在1 550 nm波段获得了宽度为210 nm、平坦度为3 dB的超连续谱.     

高非线性色散平坦光子晶体光纤的数值模拟与分析

提出了一种新型结构的光子晶体光纤(PCF),利用全矢量有限元方法对其色散和非线性特性进行了数值分析。通过优化结构参数,得到了三种在不同波段具有较高非线性的近零色散平坦、宽带色散平坦甚至色散超平坦的光子晶体光纤,并给出了这种微结构PCF预制棒的制备方法。这些新型光纤在全光格式转化、超连续谱产生、光波长转换等领域具有良好的应用前景。     

微纳纤芯/包层结构大模场单模聚合物光纤设计

提出了一种微纳纤芯/包层结构大模场单模聚合物 光纤。建立了光纤结构模型,在非 弱导近似条件下,根据波导理论,分析了微纳光纤的单模和波导特性;讨论了微纳纤芯直径 、 芯/包层折射率差以及包层直径等结构参数对微纳纤芯/包层结构聚合物光纤的模场分布、有 效 模场直径等导波特性的影响。结果表明,在传输波长λ＝650nm、微纳纤芯直径Dcore＝172μm、包层 直径Dclad＝250μm和芯/ 包层折射率差δn=0.128时,可获得有效模场直径达126.56μm和芯内能流比为10.66% 的大模场单模聚合物光纤。