带隙型光子晶体光纤的特性研究与优化设计

运用全矢量平面波法,分析了三角结构带隙型光子晶体光纤的光子带隙结构和模式特性.结合课题组研制的带隙型光子晶体光纤,分析了间隙孔对其特性的影响,并计算存在带隙的波长范围.对这种光纤的数值计算和分析,发现间隙孔使得光纤的主带隙变宽且产生新的次级带隙,通过合理调整参数,可设计单模特性的带隙型光子晶体光纤.     

复合蜂巢晶格光子晶体光纤的带隙结构研究

提出了基于复合蜂巢晶格的光子晶体光纤。该光纤包层蜂巢结构每个单元内部包含有一层空气孔,它们形成另一个蜂巢结构。采用平面波展开法研究了这种复合结构的光子晶体光纤的带隙结构随内层蜂巢晶格参数的变化规律。研究发现,内层晶格位置存在一个临界值,在该值以下,光纤的带隙减小。同时得到了一些晶格参数使得次带隙得到抑制,而主带隙大小基本不变。     

光子带隙型光子晶体光纤的研究

实验证明,空心的空气-石英光子晶体光纤的纤芯可以局域光,并在理论的基础上,得到光子带隙存在的条件,特定的波带受到限制并沿光纤传导;与每一个波带相对应的光子晶体包层中出现一个完全的二维光子带隙,随着空气填充率的增加,光子带隙的相对大小也会随之变大,而且当减小空气孔尺寸时,光子带隙将被抑制。采用透射谱法在红外波段对带隙型光子晶体光纤进行测量,通过比较光纤的透过谱与光源的光谱,确定是否存在光子带隙。     

光子带隙光纤中纤芯环掺杂对传输特性的影响

为了研究光子带隙光纤中纤芯环掺杂浓度的百分比对光纤传输特性的影响,利用全矢量有限元法在纤芯环掺杂浓度的百分比为1%～5%的条件下对7孔光子带隙光纤纤芯环掺杂和19孔光子带隙光纤纤芯环掺杂两种结构进行了仿真,比较了两种结构的纤芯模能量分布曲线,并且给出了19孔光子带隙光纤在不同的纤芯环掺杂浓度的百分比下,光纤带宽、色散、有效模面积和有效折射率的分布曲线图。结果表明,19孔光子带隙光纤比7孔光子带隙光纤具有更强的限光能力,且纤芯环掺杂浓度的百分比对光子带隙光纤的传输性能有显著的影响。     

光子带隙型光子晶体光纤温度传感特性分析

为了提高光子带隙型光子晶体光纤的温度灵敏度,提出了在纤芯环上并入高折射率液体圆柱的新结构,并利用全矢量有限元法对提出的结构进行了仿真,得到了温度对光纤有效折射率、纤芯能量和有效模面积等传输特性的影响。结果表明,随着温度的升高,光纤的有效折射率和有效模面积会减小,纤芯能量会增加,且零群速率色散点向短波长方向移动,尤其在短波长条件下光纤传输特性随温度变化趋势更加明显。该研究提高了光子带隙型光子晶体光纤传输特性的温度灵敏度,使其更加适合于温度传感方面的应用。     

光子带隙型光子晶体光纤研究与应用

带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)因其独特的性能,在各个领域都有着广泛的应用前景.文章阐述了带隙型光子晶体光纤的导光机制,并将带隙型光子晶体光纤分为空芯光子晶体光纤和全固态带隙型光子晶体光纤两类,较全面地讨论了这两类光纤的特性及其应用.     

不同结构光子晶体带隙特性研究

基于平面波展开法数值模拟了砷化镓构成二维正方品格、三角晶格和六角晶格光子晶体的带隙特性,得出构成的三角晶格具有较大完全带隙。数值模拟了砷化镓构成三维光子晶体的金刚石结构、蛋白石结构和木堆结构,得出金刚石结构具有较高的完全带隙。结论为实验及应用研究提供理论支持。     

四方格子全固光子带隙光纤带隙特性研究

基于平面波展开法,对四方格子全固光子带隙光纤带隙随结构的变化特性进行了数值模拟,并与具有相同结构参数三角格子全固光子带隙光纤进行了比较,数值结果表明带隙的位置由高折射率棒的结构参数决定,而与高折射率棒的排列方式和棒之间的间距无关,这一结果与反谐振效应非常吻合。最后对理想和实际拉制出的四方格子的全固态光子带隙光纤的带隙进行了比较,得出了在设计光纤时,应利用较低的带隙的结论。     

复合蜂巢晶格光子晶体光纤的带隙结构研究

提出了基于复合蜂巢晶格的光子晶体光纤。该光纤包层蜂巢结构每个单元内部包含 有一层空气孔,它们形成另一个蜂巢结构。采用平面波展开法研究了这种复合结构的光子晶体光纤的带隙结构随内层蜂巢晶格参数的变化规律。研究发现,内层晶格位置存在一个临界值,在该值以下,光纤的带隙减小。同时得到了一些晶格参数使得次带隙得到抑制,而主带隙大小基本不变。     

光子带隙型光子晶体光纤

光子晶体光纤（PCF）有着许多奇异的特点和广泛的应用前景。目前,光子晶体光纤的技术发展很快,其潜在应用不断被发掘出来。文章简要分析了光子带隙（PBG）型PCF的导光机制,介绍了它的典型结构、制作工艺和PBG的形成机理。探讨了其在光通信中的应用。     

二氧化碳激光与光子晶体光纤耦合的研究

文章以CO2激光器为光源,使用透镜耦合,将激光耦合到光纤并对这种耦合进行了研究。运用 ZEMAX软件对 CO2激光光源与光纤模型进行建模分析,并设计了一种新型的可用于传输10.6μm CO2激光的低损耗带隙型红外光子晶体光纤,运用结构参数r1=11.39 mm、r2=-25.43 mm、透镜厚度为3 mm、有效焦距BFL=11.16 mm的硒化锌透镜进行耦合,得到束腰与透镜的距离为1102.50 mm,像方束腰到透镜的距离为17.30 mm,耦合值为94%。     

红外空心布拉格光纤损耗特性的研究

采用半导体玻璃/有机聚合物作为材料,利用禁带效应,设计了传输波段中心波长位于10.6μm处的空心Bragg(布拉格)光纤。利用COMSOL Multiphysics仿真软件,分析了径向包层数对基模(HE11)传输损耗的影响。结果表明,当包层数增至20层时,其损耗值已降至0.051 4dB/m,明显优于普通硫系化合物光纤最低所能达到的0.6dB/m。这种Bragg光纤既可用于医用高功率二氧化碳激光传输,也适用于远距离红外传输。     

空芯光子晶体光纤损耗的研究

为了研究反共振纤芯壁对空芯光子晶体光纤限制损耗和散射损耗的影响,利用全矢量有限元法对所设计的具有不同纤芯壁和纤芯半径的空芯光子晶体光纤进行仿真,得到了3种纤芯壁在不同纤芯半径时的有效折射率、限制损耗和芯内功率分数随波长变化的曲线。由数值模拟结果可知,纤芯壁采用T=3的环形反共振层和椭圆反共振层设计时,限制损耗降低了约两个数量级,芯内功率分数在通信波段提高了13%。结果表明,这两种设计可以有效降低空芯光子晶体光纤的限制损耗和散射损耗。     

1550nm处空芯光子晶体光纤带隙结构的研究

文章利用全矢量平面波法分析了二维三角结构空芯光子晶体光纤平面内和平面外存在的光子带隙的结构图.重点分析了课题组拉制的空芯光子晶体光纤,计算出了存在光子带隙的波长范围,发现在1550nm的光纤通讯窗口也存在光子带隙.通过理论计算这种光纤,发现随着包层的空气填充率、包层与空气孔两介质的相对折射率差的增大,带隙宽度也将随之增大.最后,说明了如何制备宽带隙的光子晶体光纤.     

新型六角芯光子晶体光纤的色散补偿特性研究

文章利用多极法对新型六角芯光子晶体光纤的色散特性进行了数值模拟与分析,研究发现,通过改变第一包层空气孔直径和空气孔间距,可以灵活地设计波长在1.55μm附近具有高色散值、大的负色散斜率和能在短波长内单模传输的色散补偿型光纤.数值模拟和分析表明,该光子晶体光纤在色散补偿型光纤方面具有广泛的应用前景.     

全固态带隙结构光子晶体光纤中非线性过程的数值模拟

全同态带隙结构光子晶体光纤能够同时提供大模场面积和可控色散特性,为高功率下的非线性传输过程提供了一种新的介质,尤其在构成全光纤色散补偿和高功率孤子传输器件方面具有重要的应用价值.利用改进的广义非线性薛定谔方程数值模拟了全固态带隙结构光子晶体光纤中的非线性过程,分析了这种光纤中由于带隙特性和色散特性的共同作用,对飞秒激光非线性传输过程的影响,其中最明显的效应就是带隙特性对孤子自频移有很强的抑制作用.进一步详细讨论了入射脉冲峰值功率、带隙宽度以及带隙中心位置对非线性传输过程的影响.     

高折射率纤芯光子晶体光纤的特性研究

在二氧化硅中掺入适量GeO2可增大折射率，用其作为光子晶体光纤的纤芯时易于将光场捕获在纤芯中，形成稳定的传输模式。本文通过有限差分法数值解亥姆霍兹方程，研究了空气孔呈三角形典型结构排列的光子晶体光纤的特性．当纤芯及空气孔的大小都相同时，纤芯掺杂比例越高，光子晶体光纤的有效折射率就越高，色散则会向负向增长。此外，在这种高折射纤芯的光子晶体光纤中，当纤芯的大小及折射率均固定仅增大周围空气孔时，光子晶体光纤的色散增大，有效折射率趋于降低，模场有效面积也趋于减小。     

大带隙2维正方晶格光子晶体的优化设计

为了研究2维正方晶格光子晶体的完全带隙特性,采用平面波展开方法模拟了两种结构2维光子晶体,在固定光子晶体周期常数a的前提下,研究了2维正方晶格光子晶体的完全禁带随柱半径和折射率的变化规律。结果表明,以空气为背景的锗介质柱组成的光子晶体,随着半径的增大,完全带隙宽度先增大后减小最后消失,填充比为38.3%时,同时增大介质柱的介电常数,在介质柱折射率为4.2处,完全带隙最大,带宽是0.02754(ωa/(2πc));以锗为背景的空气柱组成的光子晶体,光子禁带对应的无量纲频率随半径的增大而增大,填充比为48.3%时,同时增大背景介质的介电常数,出现多个完全带隙,在背景折射率为6.2处,完全禁带最大,带宽为0.02922(ωa/(2πc))。光子晶体带隙的频谱响应也表明了完全带隙的范围。这为大带隙2维正方晶格光子晶体的设计和制备提供了依据。     

Research on highly nonlinear photonic bandgap fibers

Since thefirst photonic crystal fiber (PCF) wasfabri-cated by Knight J C and his colleagues[1]at 1996 ,thistype of fibers ,consisting of a central defect region sur-rounded by multiple air holes running alongits length,has been the subject of much interes…