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。     

一种双模大模场面积多芯光纤的设计和特性分析

提出了一种具有双模大模场面积的多芯光纤,建立了该多芯光纤的电磁场模型并采用有限元方法对其进行求解。基于该模型研究了光纤的模式特性和弯曲特性,系统分析了纤芯间距、纤芯半径和芯包折射率差对光纤模式特性和基模有效模场面积的影响。结果表明:通过引入空气孔并适当减少纤芯间距、纤芯半径和芯包折射率差,该光纤能实现严格的双模传输。保持双模传输时,通过增大纤芯间距,减小纤芯半径和芯包折射率差均有助于增大基模的模场面积。通过调整结构参数,在近似满足双模传输的条件下,光纤的基模模场面积在平直状态下可达到3155μm²。     

掺镱多模双包层光纤激光器弯曲选模研究

为了使大芯径多模双包层光纤激光器实现基模输出以抑制高功率双层光纤激光器中的非线性效应,采用将大芯径的多模双包层光纤适当弯曲进行选模使双包层光纤激光器获得单模激光输出的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了大芯径多模双包层光纤内包层折射率、纤芯半径、光纤内传输信号光波长、光纤弯曲半径等因素对弯曲损耗及激光器输出光场模式影响的数据,并采用国产掺镱多模双包层光纤进行了弯曲选模实验,实现了多模光纤激光器的单模输出.结果表明,激光器最大输出功率达9W,斜率效率达17.3%,输出为基模.这一结果对大芯径多模双包层光纤激光器的选模是有帮助的.     

用等效折射率法分析PCF的无尽单模特性

阐述了等效折射率方法,利用矢量波动方程分析了光子晶体光纤(PCF)包层空间填充基模的传播常数,有效折射率与波长的关系,并计算了纤芯缺陷分别为1孔,3孔,7孔时光纤的归一化频率.通过对归一化频率的分析,得出不同占空比时,光纤的无尽单模区、单模区与多模区的特性变化.这对设计单模大模场PCF提供了重要的参考.最后,对等效折射率模型做了进一步总结,介绍了其应用优点和局限.     

增益导引和折射率导引在大模场单模光纤设计中的应用

传统的大模场光纤是通过设计光纤结构来获得大模场面积的,可以实现的模场面积只能达到几百平方微米。增益导引和折射率导引相结合是实现大模场单模光纤的一种新方法。通过分析增益因子对折射率以及归一化频率的影响,得到了光纤中各阶模式截止条件与纤芯包层折射率差和增益因子的关系。最后以包层折射率为1.5734,纤芯折射率为1.5689,纤芯半径为50μm,10%(原子数分数)重掺杂钕离子的磷酸盐光纤作为模拟计算对象,当波长为1.064μm时,得到其模场直径大于90μm。对于普通光纤,增益导引和负折射率导引相结合的方法对实现大模场单模传输很有前景。     

增益导引折射率反导引大模场光纤激光器特性分析

为了研究增益导引折射率反导引光纤激光器的功率分布及输出特性,根据此类光纤的结构原理和特点,建立了端面抽运的增益导引折射率反导引光纤激光器的基模光速率方程,推导了避免激发高阶模的增益阈值判决条件,并运用弦切法和Runge-Kutta法数值求解了该速率方程,分析了光纤长度、腔镜反射率等参量对基模输出功率的影响.采用芯径为1...     

具有高非线性和大有效模场面积的多固体芯集束型光子晶体光纤

提出了以硅为基质、高折射率铋化合物作为纤芯的多固体芯集束型光子晶体光纤(PCF).该类光纤利用全内反射型机制将传输光场约束在高折射率固体棒芯中,并能输出相同强度的光,通过数值模拟分析了集束六芯六角形和集束八芯四方形两种光子晶体光纤的有效模场面积和非线性系数随抽运波长以及纤芯直径的变化规律,证明了这种光纤同时具有等效的高非线性和大的有效模场面积的特性,可以用于实现高功率频率变换.     

阶跃折射率光纤中的激光模式特性

研究了根据阶跃折射率光纤中传输的光场遵循贝塞尔分布的光纤中的激光模式特性,通过贝塞尔方程解析解的方法,利用计算机仿真得到了光纤内和光纤出射端外典型的低阶线偏振模(LPmn模)的光强分布特性和传输特性;同时,研究了大模场光纤参数如纤芯直径、纤芯折射率和包层折射率等不同时典型低阶LPmn模式的光强分布特性和传输特性的变化规律;并且计算了各典型的低阶LPmn模式的M2因子,讨论了光纤激光光束质量因子的特点及随光纤参数的变化规律。     

手征负折射率包层光纤的模式特性研究

对手征负折射率包层光纤的导模和表面波模的特性进行了理论研究,导出了模式特征方程,给出了3种不同参数情形下的模式的色散曲线、能流分布和归一化功率随归一化频率的变化关系曲线,并且与负折射率介质光纤和一般手征光纤的模式特性进行了比较.结果发现,其存在两个单模区,在某些频段,表面波模的能流和功率在一般介质的纤芯内为负而在手征负...     

用等效经验关系法研究光子晶体光纤的非线性

运用具有三角形孔格子结构的光子晶体光纤(PCF)的近似经验关系与等效折射率模型相结合的方法来研究PCF的非线性。总结更为简捷的经验关系式进行计算,避开复杂的全矢量计算,得到了PCF基模和空间填充基模的有效折射率。利用等效折射率模型,以传统的阶跃光纤等效替代PCF,以光纤的数值孔径作为两个模型的关联点,得到了PCF的有效纤芯面积的简洁表达式。并在此基础上全面讨论了PCF的非线性与其结构参数及材料参数之间的关系,得到了与实际材料非线性相吻合的结论。     

小芯径折射率引导型光子晶体光纤的制备和研究

介绍一种小芯径折射率引导型光子晶体光纤(PCF)的拉制方法.制备出的光纤纤芯周围第一层空气孔发生形变,呈柚子形,其芯径为1.7μm,孔间距A和空气孔直径d分别为3.4 μm和2.8μm.由于光纤结构的特殊性,采用有限元法在200～1600 nm波段对其基模有效折射率、色散系数、有效模场面积以及非线性系数进行了数值模拟计算.经过理论计算,这种光纤在所研究的波段具有极高的非线性系数且表现为反常色散,这些特性十分有利于超连续谱的产生.在测量了光纤的损耗、色散等基本特性后,选取损耗较小凡位于光纤反常色散区域,中心波长为800 nm的飞秒激光作为光源,将不同功率的超短激光脉冲耦合入光纤,对这种小芯径折射率引导型光子晶体光纤产生超连续谱的过程进行了测量和分析.     

低折射率芯PCF基模损耗的数值模拟与分析

应用多极法理论计算了低折射率芯光子晶体光纤（PCF）基模的损耗并与未掺杂芯PCF进行了比较，发现可以从损耗的角度来理解低折射率芯PCF的截止特性：传输波长靠近短波长时，模式的损耗会突然变大，从而导致基模截止；而处于长波长时，这种光纤的传输特性和普通PCF相类似。通过改变纤芯折射率的大小和包层中空气孔的大小，可以对光纤的截止波长进行调节。     

应用等效折射率模型研究光子晶体光纤

应用等效折射率模型研究了光子晶体光纤(PCF)的传播特性.介绍了光子晶体光纤的等效折射率模型.通过求解标量波动方程得到了光子晶体光纤包层基空间填充模的模式折射率,利用阶跃光纤的理论来研究光子晶体光纤的导模特性.应用此模型对不同结构光子晶体光纤包层区的等效折射率与波长的关系进行了讨论.包层区等效折射率与芯子的折射率差随波长的增加而增大,并由此阐述了光子晶体光纤的单模特性.数值分析得到光子晶体光纤的基模的模式折射率,并由此研究了光子晶体光纤的波导色散与结构参量的关系.分析表明,光子晶体光纤的波导色散随空气孔孔距的变化符合Maxwell方程的比例性质.空气孔的相对孔径对波导色散有重要的影响.这些分析表明光子晶体光纤具有可以灵活设计其色散特性的潜在应用前景.     

大模面积光纤中折射率和掺杂分布的设计和分析

从无源光纤的模场理论和有源光纤的速率方程理论出发,给出了任意折射率分布和掺杂分布光纤的有效模面积和基模提取效率的计算方法,并且通过数值计算对几种典型折射率分布和掺杂分布的光纤性能进行了分析和比较,说明复合折射率光纤与其他传统光纤相比,在百微米量级的大模面积光纤中更具有实用性.     

周期结构扰动对全内反射型光子晶体光纤性能的影响

利用有限差分束传播法分析全内反射型光子晶体光纤(PCF),研究了PCF基模有效折射率和纤芯附近功率分布随PCF结构参数变化的关系,初步探讨了空气孔参数的扰动对光纤模式的影响.所得结果为PCF的设计制作提供参考.     

八边形空气孔环绕-双模大模场面积多芯光纤

为实现多芯光纤的严格双模传输和大模场面积, 将多芯光纤引入空气孔并排列成八 边形结构,利用COMSOL软件建立该光纤的电磁场模型,再采用有限元方法系统地分析相 对孔径大小、纤芯与包层折射率差和纤芯之间的间距等3个结构参数对光纤模式特性及有 效模场面积的影响,最后讨论了不同弯曲半径下光纤的弯曲损耗。根据分析结果并结合归一 化频率常数找到合适的结构参数,此时光纤的基模模场面积在平直状态下可达到1730 μm², 当弯曲半径大于0.45 m时,弯曲损耗小于10－3 dB/m,基模模场面积仍可达到1685 μm²。该 光纤保持少模传输并实现了大模场面积和低弯曲损耗,在大容量、高功率光纤传输系统中具 有广阔的应用前景。     

双包层光子晶体光纤热效应及其影响分析

本文对双包层光子晶体光纤热效应及其模式特性的 影响进行了深入的分析和研究,采 用有限元方法构建了双包层光子晶体光纤的多物理场耦合模型。建立了双包层光子晶体光纤 截面的热传导方程,分别研究了双包层光子晶体光纤径向温度分布与光纤结构参数、换热条 件和热负载的关系。进一步地研究了热效应对光纤基模的有效折射率、有效模场面积和模场 分布的影响。双包层光子晶体光纤的径向温度分布与其结构参数紧密相关。最高温度位于纤 芯的中心,并且随着空气孔比例的增加而增大。同时纤芯的温度随着换热系数和热负载的降 低而降低。光纤的温度梯度随着换热系数和热负载的增加而线性增加。热效应同样影响光纤 基模场的分布。热负载从10 W/m增加到30 W/m 时,基模有效折射率 逐渐增加,基模的有效面积线性降低。并且波长越短,基模场收缩越明显,热效应越严重。     

氢氟酸填充腐蚀方法在光子晶体光纤制造中的应用

提出一种研制光子晶体光纤(PCF)的氢氟酸填充腐蚀新方法.该方法将氢氟酸填充于已拉制的光子晶体光纤空气孔中,通过改变其横截面结构,研制具有特定结构的光子晶体光纤,改变其导光性能.研究表明,随着对光子晶体光纤空气孔腐蚀程度的加深,其泄露损耗和散射损耗不断减小,非线性系数明显提高,纤芯基模的有效折射率和包层的等效折射率相应减小,群速度色散也随之改变.     

双锥单模光纤渐变器中的模式耦合及功率传输特性

本文对匹配阶跃型单模光纤,利用芯子——包层——外介质双包层波导结构中的场作为本地简正模,应用本地简正模耦合波理论分析了双锥单模光纤渐变器中的模式耦合及基模功率传输特性。我们提出的一种新的耦合模型——耦合相位匹配的分区耦合,可以对各种实验现象给出较好的理论解释。对通信用单模光纤,我们的研究表明,只要在渐变区内芯径的变化半满足:|da/dz|≤1/3·a/(2π)(β_1-β_2),就可忽略由于芯径变化而引起的基模功率损耗。     

基于亚波长悬浮芯光纤的高灵敏度气体传感器(英文)

数值分析了亚波长悬浮芯光纤在气体传感方面的应用。利用有限元法研究了相对灵敏度、有效模场面积、限制损耗与光纤参数包括纤芯直径和光纤材料折射率之间的关系。结果显示,相对灵敏度和限制损耗随着纤芯直径和光纤材料折射率的降低而增加。随着纤芯直径的减小,有效模场面积出现了先减小后增加的现象。增加包层孔直径能有效降低限制损耗,而相对灵敏度和有效模场面积保持不变。这些结果证明,亚波长悬浮芯光纤非常适合成为高灵敏度、大有效模场面积、低限制损耗的气体传感器。