结合全变差和小波变换的PCF光特性评估方法

为了更准确、快速评估实际光子晶体光纤的光特性,提出了一种基于全变差和小波变换的实际光子晶体光纤光特性评估方法。建立了在小波变换域上的全变差模型,利用Bregman算法进行迭代运算,有效地滤除光子晶体光纤截面图像的噪声,并保持截面图像空气孔的边缘结构,进而结合有限元方法,实现实际光子晶体光纤的光特性的准确快速评估。通过对商用及自制光子晶体光纤的特性评估,验证了所提出方法的有效性。文中所提出的方法结合了全变差和小波变换的优点,可以有效去除吉布斯现象和阶梯效应的影响,提高了光子晶体光纤光特性评估的精度。     

基于Contourlet变换和压缩感知的实际光子晶体光纤光

为了准确估计实际光子晶体光纤（photonic crystal fibers,PCFs）的光特性,提出一种基于Contourlet变换的压缩感知重建方法来重建实际PCFs的截面,进而对实际PCFs的光特性进行快速评估。结合全变差去噪方法,对经典图像、商用大模场面积PCF和保偏PCF的光特性进行评估,结果表明,提出的方法可以有效保留PCFs截面空气孔多尺度多方向的特征,光特性的评估结果与产品参数相吻合。这也是目前首次将基于Contourlet变换的压缩感知应用于PCFs的光特性估计,研究工作为实际PCFs光特性的快速准确估计提供了有效的手段。     

基于光子晶体光纤的色散补偿和色散平坦技术

本文介绍了在各种结构参数下光子晶体光纤的色散特性，总结了实现光子晶体色散补偿光纤和光子晶体色散平坦光纤的各种设计方法。利用光子晶体光纤结构设计的灵活性，可以设计出具有各种色散曲线的光子晶体光纤，而这些光纤大略可以分成两类：空气孔直径大小一致的普通光子晶体光纤和空气孔直径大小变化的光子晶体光纤。从数值仿真的结果来看，如果选择适当的空气孔分布结构，空气孔直径大小变化的光子晶体光纤可以具有非常优异的色散补偿和色散平坦特性。这些数值仿真为实际的光子晶体的制作提供了参考。     

椭圆孔微纤芯光子晶体光纤的数值模拟

提出了一种在纤芯引入四个近矩形排列的椭圆空气孔,包层空气孔呈阶梯结构的高双折射光子晶体光纤,采用全矢量有限元方法,对光纤基模的模场分布、双折射、色散、限制损耗、有效模面积及非线性系数等特性进行了数值模拟.这种设计为获得高双折射光子晶体光纤提供了一种新的方法,为改善光子晶体光纤其他性能(如色散、非线性特性)提供了一种新的...     

高压力光子晶体光纤传感器系统的研究

光子晶体光纤(PCF)压力传感器可广泛用于各种环境压力监测中.采用全矢量有限元方法对双芯光子晶体光纤的双折射特性进行了分析,采用二阶微分方程理论模型模拟了光子品体光纤高压力传感器对外界压力的响应,并应用这个模型讨论了外界压力作用对敏感元件有效折射率和双折射的影响,提出了一种高压力光子晶体光纤传感器方案.计算结果表明高压力致双空气孔芯光子晶体光纤的双折射值可达很高,光子晶体光纤传感器系统更为简洁紧凑.     

光子晶体光纤色散特性的多极法研究

应用多极法对折射率导模型光子晶体光纤的色散特性进行了数值模拟.与实验数据对比,验证了该计算方法的准确性.研究了结构参量孔径d、孔距Λ和包层空气孔层数Nr对光子晶体光纤色散特性的影响;分析表明,通过改变包层空气孔直径d或空气孔间距Λ,可使光子晶体光纤零色散波长移动;当包层空气孔层数Nr较小时,Nr不同的各光纤色散特性差别极大;当Nr足够大时,将不再影响光子晶体光纤的色散特性.本文的计算和分析可以为设计适当色散特性的光子晶体光纤提供理论依据.     

双孔单元四边形晶格光子晶体光纤特性的研究

为了获得双空气孔单元四边形晶格排列光子晶体光纤的光学特性，采用有限元分析法对该型光纤进行了数值模拟计算，得到了该型光纤的双折射、限制损耗、偏振拍长及色散特性结果。结果表明，与椭圆空气孔方形晶格排列光子晶体光纤相比，在相同的空气占空比条件下，双空气孔单元方形晶格排列光子晶体光纤可以获得更高的双折射特性，达到10-2量级；该型光纤两偏振模的限制损耗差可达103量级。该型光纤易于制造，在光纤通信及光纤传感等领域有一定的应用前景。     

宽带色散平坦光子晶体光纤的优化设计与特性分析

设计了一种第一层为椭圆空气孔缺陷的宽带色散平坦光子晶体光纤,借助全矢量有限元法对这种结构的光子晶体光纤的色散特性、模场面积、双折射和限制损耗特性进行了数值模拟.结果表明改进的光子晶体光纤的色散曲线可以在很宽的波长范围内保持色散平坦并具有较低的色散值,其模场面积较未改进光子晶体光纤的模场面积要大,光纤的限制损耗变小且双折射也相当小.主要分析了这种光纤的结构参数的优化后,光纤的色散特性、有效模面积、双折射以及限制损耗特性的变化规律,最终设计了在1 200～1 800 nm波长范围内超平坦色散的光子晶体光纤.     

光子晶体光纤熔接过程中的空气孔力学特性

在光子晶体光纤(PCFs)的熔接过程中,熔接能量和加热时间的控制是避免空气孔塌陷的关键所在.应用经典力学理论,提出了一种光子晶体光纤熔接过程中力学特性的数学模型,对熔接过程中光子晶体光纤空气孔的畸变情况及畸变对光纤模场分布变化引起的熔接损耗进行了分析.分析结果表明,通过控制熔接能量和熔接时间可以控制光子晶体光纤空气孔的畸变情况.根据理论分析结果,进行熔接实验,分析空气孔畸变引起的损耗情况.实验结果与理论值有很好的一致性.     

大模面积色散平坦光子晶体光纤的优化设计

设计了一种正八边形空气孔排列的大模面积色散平坦光子晶体光纤,借助多极法对这种结构的光子晶体光纤的模场面积、有效折射率、色散系数和限制损耗进行了数值模拟.结果表明,正八边形空气孔排列的光子晶体光纤的模场面积较相同空气孔间距和空气填充率的正六边形空气孔光子晶体光纤大,且其色散曲线可以在很宽的波长范围内保持色散平坦并具有较低的色散值.主要分析了当这种光纤的结构参数发生改变时,光纤的限制损耗、有效模面积以及色散特性的变化规律,最终通过选择适当的参数,设计了在1 300～1 650 nm波长范围内色散平坦的大模面积光子晶体光纤.     

Method of assisting the fabrication process of holey fiber based on combination model of digital image processing and finite element method

In the fabrication process of holey fiber, the final geometry of the actual fiber usually deviates from the ideal. We propose a novel method based on the combination of digital image processing technique and finite element method to model the optical properties of the actual fiber rapidly. A polarization-maintaining holey fiber reported by crystal fiber A/S has been modeled and its numerical results accord with the parameters given by the data. Experimental result demonstrates that the optical properties of the fiber can be analyzed rapidly so that the draw parameters can be adjusted in time.     

Design of low-confinement-loss and highly birefringent index-guiding photonic crystal fibers

We present a systematic scheme to achieve both high birefringence and low confinement loss in index-guiding photonic crystal fibers （PCFs）, using a structurally-simple PCF with finite number of air holes in the cladding region. By increasing the size of the outermost-ring air holes in the cladding region, highly birefringent PCFs with low confinement loss can be successfully achieved. The design strategy is based on the fact that the modal birefringence of PCFs is dominated by the inner-ring air holes in PCF, which is verified by a full-vector finite element method with anisotropic perfectly matched layers. Numerical results show that modal birefringence in the order of 10-3 and confinement loss less than 0.1 dB/km can be easily realized in the proposed PCF with only four rings of air holes in the cladding region. We expect that such fibers will be much easier to be fabvicated than those with more air holes in the cladding region.     

Numerical and experimental comparison of MEMS suspended plates dynamic behaviour under squeeze film damping effect

Dynamic behaviour of oscillating perforated microplates under the effect of squeeze film damping is analyzed. Two simplified finite element numerical approaches are adopted to predict damping and stiffness effects transferred from the surrounding ambient air to oscillating structures; the effects of holes cross section and plate dimension are observed. The applicability of the numerical models in terms of precision of results and mesh density is investigated. Results obtained by FE models are compared with experimental measurements conduced by an optical interferometric microscope.     

光子晶体光纤非线性光学研究新进展

光子晶体光纤(PCF),又称为多孔光纤(HF)或微结构光纤(MF),是一种单一介质,并由波长量级的空气孔构成微结构包层的新型光纤。光子晶体光纤呈现出许多在传统光纤中难以实现的特性,从1996年世界上制造出第一根光子晶体光纤以来,它便受到了广泛关注并成为近年来光学与光电子学研究的一个热点。介绍了光子晶体光纤的制作工艺、工作原理、基本特性、目前的研究重点和进展情况,重点评述了光子晶体光纤非线性光学方面的研究及其潜在的应用。     

电子束聚焦偏转系统中透镜加工误差效应的数值计算

本文讨论了由于电磁透镜中电极和极靴加工的误差(孔径椭圆度和端面倾斜)造成电子束系统电子光学性质影响的数值计算问题,包括用有限元法计算具有孔径椭圆度和端面倾斜的透镜中电磁场的分布,电子轨迹方程和像差积分式等。最后给出了用所编制的计算机程序计算的若干个加工误差效应的实例。     

Study of Raman amplification properties in triangular photonic crystal fibers

The Raman properties of triangular photonic crystal fibers (PCFs) are analyzed in order to design a fiber for Raman amplification with enhanced performances. By casting the Raman intensity propagation equations, the Raman effective area and the Raman gain coefficient are introduced - two meaningful parameters that take into account the overlap between the pump and signal profiles. The behavior of these two parameters is examined in silica PCFs as a function of the geometrical characteristics of the triangular lattice. The numerical results show that a proper design of the hole diameter and the spacing between air holes can minimize the Raman effective area and maximize the Raman gain coefficient. The paper then focuses on PCFs with a germania-doped core. It is found that, for a given PCF cross section and dimension of the doped region, the Raman gain coefficient increases linearly with germania concentration. Moreover, by enlarging the doped region, it is discovered that a PCF with a germania-doped area internally tangent to the first ring of air holes has a maximum Raman gain coefficient. Finally, the calculated values of the Raman gain coefficient are compared with those of other highly nonlinear fibers presented in the literature, showing that a well-designed triangular PCF can significantly improve Raman gain performance.     

高双折射光子晶体光纤特性分析

建立了基于透明边界条件(TBC)的全矢量迦辽金有限元法(FEM)分析二维光子晶体光纤(PCF)的模型,并对椭圆芯等5种高双折射光子晶体光纤基模的模式双折射、限制损耗及色散特性进行了数值分析和比较.通过减小内包层中沿x方向的空气孔,增大沿y方向的空气孔构成的一种光子晶体光纤的模式双折射在波长1550 nm处高达5.96×10-3,而椭圆芯光子晶体光纤为1.52×10-3.研究表明,可通过增加内包层中两个正交方向上空气孔的尺寸差来获得高双折射;同时还得出内包层中放大的空气孔减小限制损耗,增加色散,而减小空气孔尺寸带来的影响则刚好相反;内包层上空气孔数量越少,色散越平坦.     

A kind of photonic crystal fiber with high birefringence and low cofinement loss

The triangular-lattice highly birefringent photonic crystal fibers（PCFs） with gradually increasing diameter of the air holes along radial axis are put forward. The modal birefringence, dispersion and confinement loss of the fundamental mode are simulated by full vector Galerkin finite element method（FEM） with a perfectly matched layer（PML）. The results show that this PCF can keep low confinement loss when the rings of air holes are few. When the wavelength is 1.55 μm, the birefringence, the confinement loss of quick-axis and slow-axis are 1.365×10^-3, 0.017 dB/m and 0.051 dB/m, respectively. A new way is proposed to fabricate polarization-mainting fibers with high performance.