光子晶体光纤光栅的研究与应用

光子晶体光纤光栅是一种新型材料光纤光栅,具有常规光纤光栅所没有的优异特性.对光子晶体光纤光栅的写入方法进行了介绍和分析比较,阐述了光子晶体光纤布拉格光栅和光子晶体光纤长周期光栅的特性并对应用前景进行了讨论.     

正十边形光子晶体光纤布拉格光栅传感特性的研究

研究了正十边形对称结构光子晶体光纤布拉格光栅(PCFBG)特性,分析了不同空气孔层数以及不同占空比对布拉格光栅反射谱的影响.在此基础上,对正十边形光子晶体光纤光栅的传感特性进行了研究.研究表明:随着温度的增加,该光纤光栅的反射谱谐振波长明显向长波方向偏移;随着应力的改变,光纤光栅的反射谱谐振波长变化趋势不明显.该光栅具有对温度敏感,对应变不敏感的特点.这种空气孔排列为正十边形对称结构的光子晶体光纤光栅有望应用在光子晶体光纤光栅的传感领域中.     

光子晶体光纤布拉格光栅慢光的研究

采用改进的全矢量有效折射率法和耦合模理论,研究了光子晶体光纤布拉格光栅长度、占空比、光栅周期与慢光的变化规律。结果表明当光栅长度和光栅周期不变时,随着包层空气孔占空比的增大,光栅的慢光峰值波长出现蓝移,且时延量逐渐减小;1.06 cm 长的光子晶体光纤布拉格光栅可以产生约52 ps 的线性时延;光栅长度越大,慢光时延量越大;优化结构参数,在光子晶体光纤布拉格光栅的时延谱的侧瓣附近会产生最大群速度为c/371 的慢光峰。     

弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器的研究

为了研究弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器谐振波长漂移量与光栅弯曲形变的关系,采用耦合模理论和计算机模拟方法进行了理论计算和仿真研究,推导出弯曲光子晶体光纤长周期光栅谐振波长表达式,设计了一般弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器系统模型,分析了弯曲长周期光子晶体光纤光栅传感器的基本工作原理,并计算了长周期光子晶体光纤光栅弯曲曲率、光栅有效折射率和谐振波长与弯曲应变的关系。结果表明,随着光栅弯曲形变的增加,光栅的曲率会增加,光栅传感器的谐振波长漂移量会增加,光栅每发生1变化,光栅谐振波长的漂移量变化0.014nm。     

光子晶体光纤光栅制备方法最新进展

详细阐述了国内外几种典型光子晶体光纤光栅的制备方法，如紫外曝光法、热激成栅法、机械压力法、双光子吸收法．并分析了各自的优缺点，还分析了光子晶体光纤布拉格光栅、长周期光栅的模式耦合特性。研究表明：光子晶体光纤光栅具有对外界折射率不敏感的特性，且在纯硅纤芯写制的光栅还具有对温度不敏感的特性。简要介绍了光子晶体光纤光栅在光通信及光传感领域中的应用，并对基于光子品体光纤光栅的新型光子器件进行了展望。     

光子晶体光纤长周期光栅制作技术与应用最新进展

详细介绍了光子晶体光纤长周期光栅几种典型制作方法,包括相位掩模法、CO2激光脉冲激励法,机械压力诱导法、电弧放电法、液晶法和声波诱导法,并且分析了各种方法的优缺点,简单介绍了光子晶体光纤长周期光栅的温度、应变、折射率传感特性。简要介绍了光子晶体光纤长周期光栅在光通信和光传感领域的应用情况,并且展望了基于光子晶体光纤长周期光栅的新型光子器件的未来发展情况。     

光子晶体光纤参量放大的理论模拟

光子晶体光纤具有高非线性系数和非常灵活的色散特性，通过调节光子晶体光纤的结构参量，可在具有高非线性系数的同时对光子晶体光纤的零色散波长(λ0)进行调节。利用光子晶体光纤的这些特性可实现在所需波长上的高效率的参量放大。本文采用厄密-高斯函数展开的方法，计算了六角形光子晶体光纤(HF)的零色散波长，发现当气孔间距在1．1μm和2．6μm之间时，光子晶体光纤的零色散波长在1．55μm附近，并给出了零色散波长时气孔间距和气孔大小的关系曲线。对光子晶体光纤中的参量放大(OPA)进行了理论模拟，计算表明在20m光子晶体光纤中，当峰值功率为10W时，参量放大的增益可达60dB，或可获得300nm增益带宽。     

光子晶体光纤布拉格光栅谐振特性的研究

利用模式理论和传输矩阵法,对基于包层空气孔排布为正八边形对称结构的光子晶体光纤光栅(PCFG)的模式截止特性以及谐振特性进行了研究,得出了此种光子晶体光纤光栅的模式截止条件和可传导的模式,并利用得到的模式截止条件,提出利用相位匹配条件设计相应的光纤光栅周期来得到满足需要的谐振波长,同时给出了谐振峰的反射谱图。研究表明,通过合理选择此种光子晶体光纤光栅的结构参数,可以实现需要的单模传输以及定制波长处的主谐振峰的谐振。所研究的基于包层空气孔排布为正八边形对称结构的锗掺杂光子晶体光纤光栅有望更好地应用于光子晶体光纤光栅传感领域。     

光子晶体光纤长周期光栅的特性

将修正的矢量等效折射率模型和耦合模理论相结合,系统地研究了光子晶体光纤长周期光栅(PCFLPG)的特性.验证了光子晶体光纤长周期光栅的双谐振峰特性;定量地研究了光子晶体光纤结构参数如空气孔间距、相对孔径比和光栅参数如光栅周期、光栅长度、折射率调制深度和光栅啁啾量对光栅谐振峰强度和谐振波长的影响.研究结果为光子晶体光纤长周期光栅在光纤通信、光纤传感等方面的应用提供了理论依据.     

光子晶体光纤光栅模式截止与高阶模的谐振条件

采用光束传播法研究了实心掺锗光子晶体光纤布拉格光栅(PCFBG)的模式截止特性.结果表明掺锗光子晶体光纤的归一化频率V与归一化间距Λ/λ和归一化孔径d/Λ有关.而且相对于纯硅的光子晶体光纤,其单模多模边界面向归一化孔径值较小的方向位移.并给出了在光子晶体光纤光栅中激发高阶谐振的条件:相位匹配条件、光栅区的电场交迭和关系不等式VPCF＞π.     

Tunability of the FBG group delay through acousto-optic modulation

A new method for fine control of the group delay of a fiber Bragg grating (FBG) is presented. It is based on an acoustic wave applied to the fiber. The standing acoustic wave imposes a periodic chirp to the uniform FBG. Tunability is obtained through adjustment of the intensity and/or frequency of the acoustic wave. A fast switching time of ∼17 μs was achieved. The experimental results were verified by theoretical simulation showing a good agreement between them. It can be used for different applications such as tunable narrow dispersion compensator for independent coarse wavelength division multiplexing (CWDM) channels or optical delay lines.     

3维函数光子晶体的特性研究

为了研究3维函数光子晶体的光子禁带特性,采用平面波展开法计算得到色散曲线,推导了平面波展开法的相关计算公式以及介质球介电常数的函数关系式,探讨了可调参量函数系数I和介质球半径R₁对光子禁带特性的影响。结果表明,3维函数光子晶体呈立方体晶格分布,由介质球填充空气背景;与常规3维介质光子晶体相比,3维函数光子晶体不仅能得到可调谐的光子禁带,而且可以拓展禁带带宽,并增加光子禁带的数量;改变函数系数I的大小可以实现对光子禁带数量、位置和带宽的调谐;改变介质球半径R₁可以对光子禁带带宽实现展宽,并改变光子禁带的位置。该研究对设计新型可调谐器件是有帮助的。     

宽带调谐光子晶体光纤多功能太赫兹器件

基于液晶分子的指向矢随外加电场改变而变化的特点,设计了一种新型电场调制液晶太赫兹器件。利用全矢量平面波展开法和光束传播法分别研究了光子晶体光纤的带隙位置和传输光谱的电场分布。同时,利用时域有限差分法计算了液晶分子指向矢随外电场的变化关系。结果显示该器件不仅可以在0.55 THz的宽带范围内实现开关功能,且具有耦合损耗低、消光比高等优点,消光比为30.78 dB。当太赫兹波的入射频率满足光纤的单偏振条件时,该器件还具有偏振控制功能,能够改变传输模式的偏振状态。     

一种新型光子晶体的光学特性研究

本文提出了一种非对称一维各向异性掺杂光子晶体,通过传输矩阵法研究了这种新型光子晶体的光学特性,通过数值模拟得出:光通过该结构光子晶体后TE波和TM波缺陷模的透过率及中心波长位置随缺陷层介质的光学厚度、缺陷层两侧周期数的非对称性的变化规律,两种偏振光波能完全分开,缺陷层介质的光学厚度及掺杂层两侧的周期数层差越大,缺陷模的透过率越小,当光学厚度及层差达到某一极限值时,将产生完全光子禁带,这是对称结构光子晶体所不具备的光学特性,其光学特性将为光子器件的转换制作及应用提供理论依据。     

基于二维光子晶体的多频段太赫兹波滤波器研究

基于二维光子晶体,提出一种多频段 太赫兹(THz)波滤波器。在光子晶体中引入3条平行的横向波导,通过改变介质柱的半 径或插入半径较小的介质柱在 相邻波导之间构成耦合区域,使特定频率的THz波从中部波导耦合至上、下侧光子晶体波 导并分别从端口2和1输出, 其余的THz波经中部波导从端口3输出,最终达到多频段滤波的效果。利用时域有限差 分法和平面波展开法对所提出 的器件计算和仿真结果显示,频率为f=3.24和3.75THz的THz波分 别从端口1、2和3输出中,传输效率分 别达到95%和99% ,表明本文结构能很好实现多频段滤波效果。     

光子晶体慢光控制及其规律

光子晶体缺陷模式中,光群速大大降低可获得很高的群延时.调节光子晶体的参数可以动态地改变光子晶体缺陷模式中的光群速,从而获得可调的光延时.列举了两种动态控制光子晶体缺陷模式光群速的方法,并在仿真中进一步发现:改变光子晶体多个参数可以使禁带缺陷模式的位置不变,这时光的群速也不发生变化.得出了缺陷模式位置和其中光群速之间的关系,并且使用平面波展开法的原理证明了只有缺陷模式发生位移才能使其中的光群速变化.     

光子晶体全反射隧穿效应中偏振光的场分布

利用特征矩阵的方法,推导出TM波和TE波在一维光子晶体中电场的分布公式,利用这些公式研究了一维光子晶体全反射隧穿现象中TE波和TM波的光场在光子晶体内部的分布特征。在出现全反射隧穿峰处,TE波和TM波的光场不会随传播深度的增加而衰减。在没有出现全反射隧穿峰处,TE波和TM波的光场会随深度的增加而迅速衰减为0。这些研究结果从一维光子晶体内部展现了TE波和TM波的光场分布特征,深化了对一维光子晶体全反射隧穿现象形成规律的认识。     

复周期结构光子晶体的光子能带特性研究

本文构思了一种每个周期内部有几个不同的小单元的复周期结构光子晶体，并利用光学传输矩阵法对这种光子晶体进行了数值模拟计算。计算结果表明，这种复周期结构光子晶体比普通结构的光子晶体多出1个大的光子禁带区。适当调整参数还可以分别获得多通道窄带滤波特性、带通滤液特性和窄带透过特性。     

Study of whispering-gallery-mode in a photonic crystal microcavity

The whispering-gallery-mode (WGM) photonic crystal microcavity can be potentially used for miniaturized photonic devices, such as thresholdless lasers. In this paper, we use plane wave expansion (PWE) method and study the WGM of H2 photonic crystal microcavities which are formed by removing seven center air holes in a photonic crystal. The WGM in these large-size cavities has some advantages compared with single defect WGM in the view of real device applications. We analyze the nearby air hole e...     

2维组合宽带隙光子晶体的研究

为了研究由两种不同的介质柱组合成的2维光子晶体的传输特性,对包层介质柱/基质光子晶体与空气柱/基质光子晶体组合的三角晶格光子晶体进行研究,采用时域有限差分法,对其进行模拟计算,得到多种情况下光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线.结果表明,在这种组合结构的光子晶体中,可以得到从低频到高频的组合宽带隙,从而达到在更宽范围内控制电磁波传播的目的;包层介质柱外半径的变化对带隙的宽度影响较大;包层介质柱的内半径的大小、内柱和中间夹层的介电常数对带隙宽度没有影响,但是对带隙内的缺陷模有明显的影响.由此可以根据实际需要,通过调节此种光子晶体的结构参量制作极窄带通的滤波器和光开关等.