新型大模场光子晶体光纤传输系统及其传输特性分析

通过在多模光子晶体光纤的两端分别连接一根单模光子晶体光纤,对其选择合适的参数,形成一种可以实现低弯曲损耗、大模场单模传输的光纤传输系统。运用数值仿真,分析了该传输系统在模场面积、弯曲损耗、连接损耗等方面的特性。研究结果表明,多模光子晶体光纤与单模光子晶体光纤所组成的系统可实现有效的单模传输;工作波长为1064nm时,多模光子晶体光纤在直波导状态时的基模模场面积可达1593μm2;在弯曲半径低至10cm时,多模光子晶体光纤仍然可以保持低损耗传输。经过对多模光子晶体光纤结构参数的优化,其与单模光子晶体光纤的连接损耗降低至0.085dB。     

多模与单模光纤级联系统对激光束的传输

分析了激光束在光纤中的非线性传输损耗,理论上证明了受激布里渊散射(SBS)是光纤传输能力的主要限制因素;实验上在532nm波段对长度为5m,纤芯半径为1.75μm,数值孔径(NA)为0.11的单模光纤的传输能力进行了测定,结果与理论一致。采用模场耦合理论,推导出多模光纤与单模光纤的直接耦合效率表达式,计算得到耦合效率与所选用的多模光纤和单模光纤的纤芯芯径之间的模拟关系。激光器输出波长为532nm;多模光纤的数值孔径为0.11,纤芯半径为12.5μm;单模光纤的数值孔径为0.11,纤芯半径为1.75μm,实验结果与理论基本吻合。根据理论和实验结果,设计出多模光纤与单模光纤混合传输方案,在柔性传输较高激光功率的同时可以得到高光束质量。     

光纤传输系统的色散特性

本文从理论和实验分析了多模和单模光纤传输线的带宽特性。多模光纤传输线带宽计算比较复杂,至今还没有完善的有效理论。对现代低损耗光纤,折射率分布是决定传输线带宽的主要因素。由稳态条件下测量的单根光纤传递函数的线性组合确定的传输线总传递函数(总带宽),和实际测量结果非常一致,可用于工程设计。对于单模光纤,由于批量生产的光纤零色散波长和光源中心波长都存在一定的分布,用统计理论来估算传输线总带宽更合适。多模和单模光纤传输线都可以利用色散补偿效应来改善带宽特性。     

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。     

二维光子晶体多模波导与单模波导的匹配传输

用多模干涉理论研究了二维正方晶格的光子晶体多模波导的3个偶模之间的干涉和自映像现象,发现它们之间的干涉可以认为是两两相互干涉叠加的结果.以7模光子晶体波导为例进行模拟计算,根据其波导的能带结构,发现在入射波的归一化频率为0.35时,3个偶模相互干涉形成的单重像在某一点重合,在这一点再连接一个单模光子晶体波导,实现了光子晶体多模波导到单模波导的匹配传输.利用有限时域差分法进行了数值模拟验证,模拟结果表明:实现了光子晶体多模波导到单模波导的高效匹配传输,传输效率达到95%.     

MMI型1.31／1.55umGaAs波分复用／解复用器的研制

利用多模波导的自镜像原理,分析设计了一种能直接与单模光纤相耦合的具有最小循环比的1031/1.55um波长的GaAs/G aAlAs波分复用／解复用器。该器件的输入、输出单模波导和SIE多模波导采用离散谱折射率法进行了优化设计,最后获得了当输入、输出单模波导宽为3um、SIE多模波导宽度和最佳耦合长度分别为18um和5602.8um时,该器件的1.31um和1.55um两个波长的隔离度均在70dB以上,且传输损耗小于0.1 dB.     

MMI型1.31/1.55 μm GaAs波分复用/解复用器的研制

利用多模波导的自镜像原理,分析设计了一种能直接与单模光纤相耦合的具有最小循环比的1.31/1.55 μm波长的GaAs/GaAlAs波分复用/解复用器。该器件的输入、输出单模波导和SIE多模波导采用离散谱折射率法进行优化设计,最后获得了当输入、输出单模波导宽为3 μm、SIE多模波导宽度和最佳耦合长度分别为18 μm和5 602.8 μm时,该器件对1.31 μm和1.55 μm两个波长的隔离度均在70 dB以上,且传输损耗小于0.1 dB。     

太赫兹波导传输中的模式稳定性

太赫兹波在基模波导中传输的欧姆损耗很大,因此在传输太赫兹波时经常采用过模传输的方式来降低传输损耗。但采用过模传输,会引起波导中传输模式的变化,因此如何保证传输中的模式稳定是过模传输中的重要问题。本文采用仿真与实验的方法,对220 GHz圆传输波导中的圆波导半径渐变情况下的模式稳定性进行了研究。结果表明,适当延长渐变波导长度,可以抑制模式耦合,保持单模传输。     

研究单模光纤偏振传输特性的三种方法

单模光纤只传输基模即HE_(11)模,但因光纤内部结构不完善或外部环境扰动,会使两个简并的HE_(11x)、HE_(11y)模分离,出现单模光纤双折射现象,它使不同偏振方向的电磁模式具有不同相速,导致传输光波的偏振演化现象.这种单模光纤双折射特性在高速光纤通信系统中会因偏振色散而限制传输码速,在相干通信系统中会造成极化噪声,在集成光路中会影响光纤与光波导的耦合效率,而在光纤传感技术中又能用来进行各种物理量的传感检测,因此深入研究单模光纤的偏振传输特性兼有理论与应用两方面的意义.     

弯曲光纤布拉格光栅光谱特性的研究

从理论与实验两方面研究了基于普通单模光纤的光纤布拉格光栅在弯曲时光谱特性的变化。基于耦合模理论, 以弯曲光纤为参考波导, 研究了弯曲波导的分析模型和漏模求解工具, 考虑了弯曲时光弹效应的影响, 得到弯曲光纤中的准导模（漏模）; 分析了弯曲情况下, 布拉格波长的变化情况, 与实验结果基本吻合。在1 cm的弯曲半径下, 布拉格波长向长波长的偏移在10-2nm量级。     

矩形波导多模传输的分式线性变换检测法

在介绍矩形波导模式谱图一般表达式的基础上,分析了多模传输波导的等效网络,提出了检测微波激励和传输系统中多模传输的分式线性变换检测法。文章给出了检测的具体实例和试验数据,实验结果与理论分析相吻合,表明在一定条件下,标准三公分波导工作频率高达16GHz仍是单模传输。     

单模光纤渐逝波传输分析

基于光波导理论，分析了单模光纤的渐逝波传输特性，在光纤包层介质具有吸收特性的情况下，导出了渐逝波传输的透入深度公式，得出了单模光纤在轴向上的功率传输情况；讨论了在不同的折射率或消光系数下，渐逝波的透入深度和功率损耗变化特性。研究结果可用来实现高精度、高灵敏茺的单模渐逝波传感器，并应用于医学诊断，环境检测，生物和化学分析等方面。     

光子晶体光波导传输特性研究

用全空间的矢量波散射理论 ,研究了有限长二维光子晶体直波导的传输特性 ,计算了传输效率与波导长度的关系 ,并研究了蝶形光波导的耦合问题     

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。     

光子晶体波导定向耦合功分器的设计

将相互耦合的3平行光子晶体单模波导看成一个多模干涉系统,通过研究二维正方晶格光子晶体波导多模干涉的自映像效应,优化设计了一种新型1×2光子晶体波导定向耦合分束器,采用时域有限差分法对其传输特性进行模拟分析。设计过程中,根据多模干涉耦合区中周期出现的双重像的位置确定两个单模输出波导的位置,通过改变输出波导和耦合区连结的一个介质柱位置构成波导微腔结构,改变耦合区中的模场分布,实现模式匹配,从而明显减小分束器的反射损耗。计算结果表明,移动介质柱距离输出单模波导和多模波导连结处1.85a位置处时,对于波长为1.55μm的入射光,该分束器的透射率可高达99.04%。     

H11O多模圆弯曲波导传输特性

近年来,N.Nakajima等对4、5、6GHz共用天线波导系统中一种高性能偏置激励的卡塞格伦微波天线所用多模圆弯曲波导的传输特性及其高次波型E_(01)~O的影响进行了分析和实验研究,而文中对弯波导所激发的另一重要高次波型H_(21)~O的影响和有效地处理方法并未解决。本文根据任意截面弯曲波导耦合波方程组分析并计算了H_(11)~O多模圆弯曲波导内高次波型耦合特性及其前两个最重要的较低阶高次波E_(01)~O、H_(21)~O的耦合系数和波型激发量,提出了一种宽频带H_(21)~O、E_(01)~O波型滤波器,实验表明波型滤波器的实用效果良好,从而使N.Nakajima等遇到的并待克服的问题可基本解决。     

单模光纤与条形波导的耦合封装技术

本文对单模光纤与条形波导的耦合封装技术进行了评述。使用改进后的“倒装”耦合技术进行了耦合实验,完成了单模光纤耦合 Ti:LiNbO_3波导相位调制器的封装,达到了光纤/器件(2厘米长波导)/光纤总插入损耗小于5dB。同时,阐述了耦合技术的发展方向。     

英国电气通信公司在伦敦-伯明翰之间架通一条长波长光纤传输线路

7月中旬,伦敦——伯明翰之间架通一条长度为204公里的长波长光纤传输线路。这项计划的合同者是英国半导体器件公司和BTCC公司。这两家公司花了不到一年工夫就完成了这项工程。目前,这条传输线路可称得上是世界上最长的光缆传输线路。这次光缆的敷设是按照BTCC公司的指示,由英国电气通信(BT)公司的职工花了二十个星期完成的,这次使用的1.3μm波长与以往使用的0.85μm波长相比较,中继间隔距离可增加约25％。延长了10公里。但至于光缆,还是采用多模光缆,单模光缆的订货大概是明年以后的事了。如果采用单模光缆的     

以单轴晶体为内包层的双包层光纤偏振特性研究

本文研究了以单轴晶体为内包层的双包层高双折射光纤的传输和偏振特性．在弱波导近似下,应用光波导理论,得出了ｏ光与ｅ光的色散方程及截止特性．通过计算机的模拟与分析,划分出了截止区、单模单偏振区、单模双偏振区及多模区;分析了单模单偏区和单模双偏区存在的条件;研究了单模双偏区两偏振模式的偏振色散特性．结果表明,几何参数Ｓ、光学参数Ｒｘ、Ｒｙ及外包层折射率η３对所划分的四个区域及所对应的偏振特性有着极为明显的影响．此结果为光纤保偏器的设计和应用高双折射单模光纤构成新型光纤传感器的设计提供了可靠的理论依据．     

单模光纤的测量技术

本文主要介绍光学时间畴反射仪、稳定的光源和光学验证技术。这些设备对单模纤维传输系统的使用和维修起到重要的作用。因为单模光纤的芯径为10μm,外径为125μm,纤芯和包层之间相对折射率差△为0.3 ％,单模光纤芯径和折射率差分别只有梯度折射率多模光纤的1/5和1/3。因此,激光二极管和单模光纤之间耦合效率约比多模光纤低5dB。另一方面,单模光纤不存在模的色散,因此带宽基本上不受限制。在考虑上述单模光纤特性之后,光学时间畴反射仪、稳定的光源和光学鉴别器对于大容量传输系统十分重要。