高非线性色散平坦微结构光纤的研究

利用矢量等效折射率法计算了空气孔间距和包层空气填充率对微结构光纤的非线性系数以及结构色散的影响，通过计算发现孔间距对结构色散曲线的走向起决定性作用，而包层空气填充率的影响主要是使得结构色散大小和位置发生变化，同时减小孔间距以及增大包层空气填充率都会提高非线性系数，最终设计出了几种不同特性的800nm处色散平垣高非线性微结构光纤。     

三种低损耗低平坦色散光子晶体光纤的设计

运用多极法理论,以内四层为研究对象,在三种情况下通过改变包层孔孔径d,设计了三种结构的光子晶体光纤.在包层中内四层空气孔孔径变化,而孔间距保持不变的情况下,数值模拟了其色散系数、限制损耗和基模有效折射率随波长变化的关系和光波模场的存在情况.模拟过程充分展示了所设计的光纤在1.2～1.8μm的宽波段范围内具有低损耗、低平坦色散的传输特性.     

色散平坦光子晶体光纤色散和非线性特性研究

采用矢量波束传播法(BPM) 对不同结构参量的光子晶体光纤的色散和非线性特性进行数值分析,计算色散平坦光子晶体光纤的参量色散系数D,有效模场面积 和非线性系数 。分析D, 与色散平坦光子晶体光纤结构参量空气孔间距 、空气孔直径 之间的关系。分析结果表明,调节色散平坦光子晶体光纤的结构参量可以灵活地调整色散和非线性特性。得到的色散平坦光子晶体光纤在1300nm到1600nm波长范围内,色散值仅在-1.5 左右,非线性系数都大于19 。     

六角形结构光子晶体光纤的非线性效应研究

本文根据全矢量模型对六角形光子晶体光纤(PCF)的各种结构参数对基模非线性系数的影响进行数值研究,数值研究发现,增大空气孔的直径d或者减小空气孔的间距Λ都会使非线性系数增大,这将对设计不同要求的非线性微结构光纤提供有效的理论依据.     

大空气孔微结构光纤光栅反射谱分析

采用有限元方法和耦合模理论,分析了圆型大空气孔微结构光纤Bragg光栅的光谱特性,并进行了数值计算.结果表明,随纤芯半径的增大,此类光纤光栅纤芯模式和包层模式的谐振蜂向长波长方向漂移.随包层空气孔半径的增大,包层谐振峰向长波方向漂移,并逐渐趋于稳定值.随包层空气孔中填充材料折射率的增大,纤芯模式谐振峰中心波长不变,而第...     

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)。     

基于有限元光子晶体光纤的模场与色散分析

为了获得超平坦色散特性,且有较大的模场面积和较小的限制损耗,从麦克斯韦方程组出发,采用有限元法,在考虑到纯石英材料自身色散的前提下,进行了相应的理论分析,计算得到了光子晶体光纤的模场分布、基模有效折射率和色散系数等参量关系,可知光纤色散值的变化在±1.0ps·km-1·nm-1以内,模场面积都大于40μm2,限制损耗小于0.2dB/km.结果表明,调节空气孔直径和包层空气孔间距的大小,改变介质的填充比,可以有效地控制光子晶体光纤的色散与模场面积.     

方形组合空气孔微结构光纤的色散特性分析

提出一种新型的方形组合空气孔微结构光纤,其包层是由两种不同大小的空气孔组合而成的,借助FDTD(时域有限差分)法计算了这种光纤的几何结构参数的变化对基模色散曲线图的影响。结果表明,这种微结构光纤由于有两套空气孔,具有较强的色散控制能力。通过优化,可以得到较低、较平坦的色散曲线。     

800nm处近零色散高非线性光子晶体光纤的设计

设计了一种用于产生超连续谱的新型高非线性光子晶体光纤结构,其光纤包层空气孔大小从内到外呈凹型分布,将最内层空气孔直径d1和最外两层空气孔直径d5和d6设置为较大值以分别获得高非线性和低损耗特性;为了降低光纤制作难度,将第二至第四层空气孔直径设置为相同.基于多极法分析了光纤包层空气孔间距Λ和各层空气孔直径对色散、非线性系数和损耗的影响规律,并设计了最佳结构参数.仿真结果表明,该结构光纤双零色散点分别为798和1260 nm,色散极大值为71.6 ps·nm-1·km-1,在0.72～1.3 μm波长范围内,色散斜率小于0.81 ps·km-1·nm-2,780 nm处的非线性系数为153.2 W-1·km-1,800 nm处损耗为3.1×10-3 dB/km,性能相比市场同类型光子晶体光纤更具优势.     

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).     

八边形低色散高非线性光子晶体光纤的设计

为了得到平坦色散高非线性的光子晶体光纤,设计了一种用于新颖的八边形三包层光子晶体光纤结构,采用多极法研究了空气孔直径、孔间距对色散和非线性的影响。结果表明,色散值和非线性系数随着内层空气孔直径d1的增大整体逐渐减小;随着第3圈空气孔直径d3的逐渐增大,色散值逐渐增大,但非线性基本保持不变;第2圈及外圈空气孔直径的变化对色散及非线性的影响较小。通过合理调节结构参量,在1.46μm～1.73μm近270nm波段内,色散绝对值在0.5ps/(km·nm)范围内波动;在1.5μm～1.65μm近150nm范围内的非线性系数值介于42.5W-1·km-1～50W-1·km-1。这一结果对设计特定功能的光子晶体光纤提供了理论参考。     

大尺寸气孔微结构光纤在光纤光栅中的应用

将微结构光纤分为光子晶体光纤和大尺寸气孔微结构光纤两种。详细介绍了大尺寸气孔微结构光纤。其包层的气孔硅结构（或者聚合物硅结构）影响了包层模式的空间分布以及包层模式的有效折射率，使其表现出与传统光纤不同的光学特性。基于这种微结构光纤的光纤光栅对外部折射率的变化显示了很好的稳定性。偏振特性（对长周期光纤光栅）可以大大加强。基于聚合物硅包层的长周期光纤光栅显示了优良的温度调谐性能。     

低损耗正方晶格微结构光纤的设计

应用多极法对正方晶格微结构光纤的损耗特性进行了数值模拟,研究了包层各层空气孔直径和包层空气孔层数在1.31 μm和1.55 μm处对损耗特性的影响.研究发现,通过选择高空气填充率的结构参数可以有效地降低光纤的损耗;通过增大最外层空气孔的直径或包层空气孔层数,可在保持色散特性不变的基础上显著降低光纤的损耗.文章的计算和分析可以为设计适当色散特性的低损耗微结构光纤提供理论依据.     

模间色散为零的双芯光子晶体光纤

设计一种在短波长处可以实现零模间色散的双芯光子晶体光纤,该光纤的包层气孔直径具有渐变结构。利用全矢量有限元法进行分析,得到光纤耦合系数、模间色散及走离距离特性随传输频率和结构参数的变化曲线。数值分析结果表明,可以通过调节双芯间小孔的直径,灵活控制耦合系数的变化。在特定的传输频率处,模间色散存在过零点。且双芯间小孔的直径越大,模间色散过零点所在的传输频率越低。当模间色散为零时,可以完全消除模式间相位不匹配导致的脉冲失真,从而实现能量的完全交换。     

轨道角动量模传输的圆环形光子晶体光纤

设计了一种新型轨道角动量模传输的圆环形光子晶体光纤,包层为排列有序的矩形空气孔围绕纤芯呈圆形排列,纤芯为大的空气孔,中间环形高折射率区为光子轨道角动量传输区。利用基于有限元法的COMSOL Multiphysics软件进行仿真分析,对光子轨道角动量模式在光纤中的传输特性进行了详细讨论。结果表明,该结构可实现1.2~2.0 m波段50个轨道角动量模式的有效分离和稳定传输,简并模式的有效折射率差大于10-4,保证了每个模式的稳定传输;限制损耗仅为10-9 dBm-1,非线性系数低至0.833 km-1W-1。该光纤可以应用于模分复用系统,将大大提高通信系统容量和频谱效率。     

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。     

工作在1550nm的全固态光子晶体光纤的设计

利用全矢量平面波展开法对三角形排布孔包层-圆纤芯结构的光子晶体光纤的光子带隙特性进行了数值模拟,对比研究了传统光子晶体光纤(空气-石英纤芯结构)和全固态光子晶体光纤(非空气-石英纤芯结构)的光子带隙(导模)与结构参数(包层孔直径dclh、包层孔间距和包层孔填充比f)的关系,设计出了一组合适的结构参数(纤芯直径dco＝5.3 m,包层孔材料的折射率nclh=1.65,dclh＝1.0 m,＝2.0 m,f＝0.7),可以使相应的全固态光子晶体光纤工作在1 550 nm的现代光通信波长上,且光子带隙可以达100 nm.     

具有混合形状空气孔的OAM传输光纤设计研究

本文提出了一种新型轨道角动量模(OAM)传输的光子晶体光纤(PCF)结构,该光纤由最中心空气孔、高折射率环形层和外包层构成,其中外包层由一圈椭圆形空气孔和多圈呈周期排列的扇形空气孔共同组成,无需通过额外的掺杂,就可以使中心空气孔和外包层空气孔之间形成一个用来传输OAM光束的等效高折射率环形区。通过对该PCF的传输特性进行仿真分析,发现在1.55μm处,各模式的限制损耗维持在10^-6 dB/m-10^-10 dB/m,在C波段的色散值均维持在310 ps/(nm×km)以下,HE2,1模在1.55μm-1.6μm波段内的色散变化为3.1 ps/(nm×km)。在1.55μm处最大的Δnneff能够达到4.83×10^-3,大的有效折射率差可有效地抑制了模式间的简并,避免HE模和EH模耦合成LP模。验证了该光纤具有大带宽、小而平坦色散、大有效折射率差、低限制损耗和低非线性系数等优良性能。在1.25μm-2.0μm波段内共可以支持34个OAM模式的有效传输,每个模态都可作为独立的信道传递信息,适合用于大量数据的传输,大幅提高了光通信的系统容量和频谱效率。     

Confinement losses in air-guiding photonic bandgap fibers

The wavelength dependence and the structural dependence of confinement losses in air-guiding photonic bandgap fibers (PBGFs) are, for the first time, investigated by using a full-vector finite element method. It is confirmed from computed results that one of the main causes of transmission losses in air-guiding PBGFs is the confinement loss and that, even if using large air holes of diameter to pitch ratio of 0.9, at least twenty rings of air hole arrays are required in the cladding region to reduce the confinement loss to a level of 0.01 dB/km.