双芯光子晶体光纤耦合器模型优化研究

为了优化双芯光子晶体光纤耦合器的耦合性能,采用改变两纤芯间空气孔的结构和孔内折射率的方法,得到了双芯光子晶体光纤耦合器的优化模型。基于光束传播法数值分析出两纤芯间空气孔尺寸以及孔内注入材料折射率的变化对双芯光子晶体光纤耦合器的耦合性能的影响。结果表明,由于光纤的整体结构不变,使得光纤损耗系数保持不变;减小双芯间的空气孔孔径或增大孔内折射率都会使耦合器的耦合长度减小,两不同偏振方向的耦合长度差异减小,损耗减小;双芯间空气孔内折射率可调性强,使得光纤耦合器的耦合性能有易调节的优点,为设计双芯光子晶体光纤耦合器的优化模型提供了理论支持。     

数值模拟在非对称双芯光子晶体光纤耦合器教学中的应用

本文从对非对称双芯光子晶体光纤耦合器的数值模拟分析,表明提出的结构由于两不同偏振方向模式的耦合程度相近,使得这种耦合器可忽略光偏振特性的影响;同时,在一定分光比下,耦合器具有波长响应平坦性,可制作不同分光比的宽带双芯耦合器,并且带宽、分光比偏差程度、耦合长度等特性较普通宽带光纤耦合器都有较大改善,为宽带非对称双芯光子晶体光纤耦合器的制作提供了理论支持。     

非对称双芯光子晶体光纤的温度传感特性研究

设计了一种基于非对称双芯光子晶体光纤的温度传感结构,在光子晶体光纤的一个纤芯中填充液体乙醇作为温敏介质,利用双芯光纤的定向耦合效应,通过检测定向耦合器的中心波长实现对温度的测量。用虚轴光束传播法分析光子晶体光纤基模的有效折射率与温度的关系,结果表明设计的光纤结构具有良好的温度传感特性,在-20～70 ℃范围内的温度检测灵敏度达3.73 nm/ ℃。用光束传播法仿真LP01模的传输特性,表明当光纤长度为耦合长度的0.5至1.5倍时,对于同一温度,传输光谱中主极大对应的波长保持恒定,传感器具有较大的制作容差。     

光子晶体光纤耦合损耗的数值研究

光子晶体光纤(PCF)与普通单模光纤(SMF)以及不同结构光子晶体光纤之间的耦合损耗是急待解决的问题,采用光子晶体光纤的本地正交函数模型,对光子晶体光纤与普通单模光纤以及不同结构光子晶体光纤之间的耦合损耗进行了分析计算,得到了耦合损耗随光子晶体光纤结构参量以及波长的变化关系,给出了最优耦合的光子晶体光纤的结构参量。结果表明,PCF的孔距Λ是影响PCF与SMF耦合损耗的最主要因素,当Λ为某个特定值时,PCF与SMF的模场半径相等,耦合损耗最小,偏离这个特定值时的耦合损耗都会增大;PCF之间的耦合损耗取决于它们孔距的差异;此外由于模场半径与波长有关,当波长为某个特定值时,PCF与SMF模场半径相等,此时耦合损耗也最小。因此,在PCF设计过程中应综合考虑这些相关因素。     

高双折射双芯光子晶体光纤特性

提出一种新型的高双折射双芯光子晶体光纤(PCF)模型,通过将最内层8个空气孔替换为4个椭圆空气孔来增大光纤的结构不对称性;通过改变两纤芯间的空气孔大小、椭圆空气孔的椭圆度以及孔间距来分析光子晶体光纤的双折射度、耦合长度以及色散特性。结果表明,双芯光子晶体光纤的模式双折射度达到10-2量级,耦合长度达0.1367 mm,在1.0~1.6 μm波长范围内具有超平坦色散特性。     

基于耦合边界的紧凑型光子晶体定向耦合器的优化设计

本文采用平面波展开法分析了双线型缺陷并列平行光子晶体波导的带隙结构、缺陷模式及耦合长度,提出了一种具有耦合边界的光子晶体定向耦合器,并探讨了光波在其中的传输性能.同时基于平面波展开法及时域有限差分法,深入分析和讨论了光波在光子晶体并列波导、光子晶体直角转弯模块中的工作模式和传输特性.利用该光子晶体定向耦合器结合光子晶体转角器件可以将两根平行标准单模光纤传输模式组合成交叉态、直通态和功分态等状态.仿真结果表明在交叉态和直通态时,使用该光子晶体定向耦合器的传输峰值可以在较大频率带宽内达到90%以上.     

掺Yb3+铝硅酸盐玻璃纤芯的光子晶体光纤

为了获得用于掺Yb3+脉冲光纤激光器的具有反常色散的光子晶体光纤,设计了一种掺Yb3+铝硅酸盐玻璃纤芯的结构,包层部分为普通的六边形结构,分布着直径相同的空气孔,其纤芯横截面为椭圆形,在包层和纤芯之间设计了4个小椭圆空气孔。研究了包层的空气孔直径d与空气孔中心间距Λ以及二者的比值d/Λ这些参量变化时,色散随波长变化的情况;同时研究了4个小孔对色散和双折射的影响。结果表明,这一结构的光子晶体光纤,当Λ=2.3μm、d/Λ=0.5时色散呈现反常色散,作为掺Yb3+脉冲光纤激光器的增益部分是可行的。该研究对掺Yb3+光子晶体光纤在脉冲光纤激光器方面的使用是有帮助的。     

六角形空气芯光子晶体光纤的可控光子流特性

应用全矢量模型分析了六角形空气芯光子晶体光纤的传输特性,通过场图和曲线直观说明了能流和有效折射率以及有效模场面积內在的规律,有望用于制作高效率的光纤放大器,并主要讨论了随光纤结构参数(孔距)Λ和层数的改变,选择合适的参数,它的有效折射率,有效面积以及能流分布达到最大值,以此得到光纤的光子流可控特性来优化光子晶体光纤的传输性能。     

对称纤芯-包层光子晶体光纤的耦合特性

提出了一种新型对称纤芯-包层结构的光子晶体光纤,其截面由两组沿截面中心完全对称的纤芯-包层结构组成。对一组纤芯-包层结构的所有空气孔进行填充乙醇液体,利用填充液折射率的温度敏感性,来调制两纤芯之间的耦合特性。采用有限元法数值分析了该型光纤双芯不同结构参数及-20~70 ℃之间温度变化时的耦合特性。结果显示该型光纤双芯之间的耦合对温度具有高度敏感度,具有极短的耦合长度,在波长为1550 nm处耦合长度仅为55.00 μm,且可实现超短长度、高消光比偏振分束特性,长度为198 μm时消光比达到84.45 dB。该型光纤可以制作成性能很好的温度传感器和偏振分束器。     

掺铒光子晶体光纤非线性的研究

为了研究光子晶体光纤的纤芯中掺稀土离子Er3+后对其非线性系数的影响,采用全矢量等效折射率模型的方法,通过对空气孔半径r、空气孔间距Λ、等效纤芯的折射率n和空气填充率等结构参量的调节,对非线性系数随这些参量的变化进行了数值计算和讨论,得到了结构参量对非线性的影响及其变化规律。结果表明,在光子晶体光纤的纤芯中掺稀土离子Er3+,可以提高光子晶体光纤的非线性;通过调节结构参量,可以灵活地调整掺铒光子晶体光纤的非线性,从而能够得到更具实用价值的光子晶体光纤。     

用于宽带偏振无关耦合器的双芯光子晶体光纤

提出一种可用于宽带偏振无关光定向耦合器的新型双芯光子晶体光纤(PCF),利用全矢量有限元方法分析了光纤结构参数对其光学特性的影响,得到了一组优化的双芯PCF结构参数,满足易于制作、易于接续和接续损耗低等应用要求,在此基础上对光纤结构进行了改进,进一步降低了制作难度,基于该光纤可以设计出在1.26～1.625μm范围内分光比误差小于1%、两偏振态分光比误差小于0.2%的50:50耦合器,并在现有实验条件下,试制了近似结构的双芯PCF。     

零模间色散双空芯光子晶体光纤

分析了双空芯光子晶体光纤(HC-PCF)在纤芯填充液态高折射率温敏物质后的传输特性,应用全矢量有限元法(FEM)研究温度均匀变化时光纤耦合特性、模间色散特性的变化规律。结果表明,在特定温度下,耦合特性随传输波长的增大呈现出先减弱、后增强的变化趋势,且光纤的模间色散存在过零点。通过调节温度或占空比,可以在1.31μm和1.55μm两个常用通信波段内实现零模间色散传输,由此能够完全消除模式间相位不匹配导致的脉冲失真,实现能量的完全交换。     

Design and characteristics of a novel narrow-band filter with the dual-core photonic crystal fiber

A novel narrow-band filter based on the dual-core doped photonic crystal fiber is proposed. By optimizing structure parameters of the photonic crystal fiber, the index curves of the fundamental modes for the two cores are crossed at 1.55 μm and the wavelength-selective coupling is achieved. The characteristics of the filter are numerically simulated by the full-vector beam propagation method. And the simulation results show that the coupling length and the bandwidth of the filter are 16.4 mm and 9 nm at −3 dB loss, respectively. It demonstrates the advantages of the filter with a small size, a low transmission loss and the narrow-band width.     

弹光调制非线性光程差干涉信号的快速反演

为了提高弹光调制中非线性光程差干涉信号的光谱反演效率,采用非均匀快速傅里叶变换算法对弹光调制相位非均匀采样干涉信号反演光谱进行了仿真,得到1024点反演速率较直接计算提高20倍,平均误差达到0.87%的结果。结果表明,该算法可实现弹光调制干涉信号的快速、高精度反演,给硬件实现弹光调制反演光谱提供了一定的参考依据。     

A novel polarization splitter based on octagonal dual-core photonic crystal fiber

A novel polarization splitter based on octagonal dual-core photonic crystal fiber(O-D-PCF) is proposed. The impacts of several fiber parameters on the coupling characteristics of the polarization splitter are investigated by full-vectorial finite element method(FV-FEM) in detail. Through optimizing the fiber configuration, a 4.267-mm-long polarization splitter with a bandwidth of 37 nm is achieved, and its extinction ratio(ER) is as high as 81.2 d B at the wavelength of 1.55 μm. Compared with the hexagonal dual-core photonic crystal fiber(H-D-PCF) based polarization splitter, both ER and bandwidth of the O-D-PCF based one are effectively improved.     

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。     

混合导光双芯光子晶体光纤及分束器

设计了一种基于全内反射和光子带隙效应两种导光机制的混合导光双芯光子晶体光纤,以耦合模式理论为基础,利用全矢量有限元法和平面波展开法分析了其有效折射率和耦合长度特性。数值分析结果表明:通过改变光纤中大空气孔直径及孔间距,可以调节耦合长度的大小,通过改变高折射率柱直径以及高折射率柱的有效折射率,可以调节耦合长度大小及耦合长度极大值的位置。利用所设计的混合导光双芯光子晶体光纤制作的偏振分束器,其长度为5.2 mm,在31 nm带宽范围内,分光比小于-30 dB;在60 nm带宽范围内,分光比小于-20 dB。     

双芯光子晶体光纤的带隙及色散特性

为了研究双芯光子晶体光纤的带隙和色散特性,采用平面波展开法计算了双芯光子晶体光纤的带隙特性,当相对孔径d/A≥0.2时,归一化传播常数βA的增大,导致光子禁带宽度增加,利用空气导光的工作波长范围越大。并采用全矢量模型分析了双芯PCF的色散特性,得到了通过适当调整光纤的结构参量,可以获得灵活的色散特性的结果。当孔距A=2μm、相对孔径d/A=0.4时,在波长1.55μm附近,获得近480nm的超平坦色散区;随着相对孔径和孔距的增大,零色散点向短波长方向移动。这为制作高效传输光信号和高性能的保偏光纤提供了一个有效途径。