基于谐振耦合原理的光子晶体光纤偏振器件

提出了一种基于高双折射光子晶体光纤(PCF)的偏振器件。通过引入包层缺陷结构,利用谐振耦合原理,实现在1250~1850 nm波长范围内获得具有单一偏振模式的光子晶体光纤偏振器件,并且实现了在该波长范围内23~250 dB的消光比。     

光子晶体光纤

全面介绍了光子晶体光纤的最新实验和理论进展，探讨了光子晶体光纤、尤其是高双折射光子晶体光纤的应用前景。     

基于光子晶体光纤的光时域展宽预处理器

模数转换器的采样速率和模拟带宽能通过预处理器得到提高。时域展宽就是一个可以提高电子数字转换器性能的技术,它是将模拟信号在数字化前减缓其速度,以实现实时采样。我们证明了1.56TSa/s超高采样率的实时模数转换器,它是通过基于大色散光子晶体光纤的时域展宽预处理完成的。该预处理器利用了大色散光子晶体光纤,将高速的光载波在时域进行大比例展宽,在数字化时处理的是被展宽的信号,因此可以得到超高的采样率。基于大色散光子晶体光纤的时域展宽预处理器不仅能大大缩短所用光纤长度,减小光纤传输损耗,而且还能减少多个掺铒光纤放大器对载波信号带来的畸变。     

基于表面等离子体共振的光子晶体光纤生物传感

为解决电化学生物传感的电磁干扰,提高光学生物传感的灵敏度,提出了一种基于表面等离子体共振(SPR)的光子晶体光纤(PCF)传感结构并将其应用于脱氧核糖核酸的检测中.为了易于检测,将Au膜镀在PCF的外表面直接接触待测溶液.利用全矢量有限元法结合各向异性的完美匹配层对该结构进行数值研究.结果 表明,在1.333～1.347折射率范围内,该结构具有明显的SPR效应,在1300～1400 nm波长范围内形成了不同位置的共振损耗峰.当Au膜厚度为60 nm、占空比为0.6、孔直径为1.2 μm时,该结构的灵敏度可达到7250 nm/RIU(RIU为折射率单元),检测限可达到10-6量级,品质因数为145 RIU-1.该结构在生物传感、液态物质检测等领域具有潜在的应用前景.     

基于光子晶体光纤的分立式拉曼放大器

主要研究了基于光子晶体光纤的宽带分立式拉曼放大器的优化设计方法。简化了多波长抽运宽带光纤拉曼放大器的传输方程, 得到优化设计的模型及目标函数。对传统的优化算法进行了改进, 提出了一种新的遗传模拟退火算法, 该算法同时利用遗传算法和模拟退火算法的优点。设计了两个分立式光纤拉曼放大器, 一个采用双波长抽运, 另一个采用四波长抽运。仿真结果表明, 光子晶体光纤可以用来设计成为短长度、高效的分立式光纤拉曼放大器。     

双孔光子晶体光纤光学电压传感方案研究

设计了一种基于双空气孔光子晶体光纤(PCF)模间干涉的光学电压传感的实验方案。用缠绕了双孔光子晶体光纤的石英晶体作为电压传感头,在被测高压电场的作用下,双孔光子晶体光纤的长度因石英晶体的逆压电效应形变而受到调制,进而可以改变模间干涉输出两个边瓣的光强分布,对两个干涉输出边瓣进行探测实现对高电压的测量。在低压端用一个缠绕了双孔光子晶体光纤的压电陶瓷(PZT)来调整模间初始相位差,使之处于正交状态。实验结果表明,在实验室条件下能获得0.5%的测量精度,具有很好的线性度。     

光子晶体光纤激光器

光子晶体光纤激光器可标定kW级的输出功率,可使高功率工作的掺稀土光纤激光器产生变革。介绍了光子晶体光纤激光器的基本概念、特性及其典型器件。     

基于光子晶体光纤的全光开关实验研究

在10Gb／s光传输系统中进行了以光子晶体光纤（PCF）为非线性介质的全光开关实验研究。实验中高强度光脉冲经过非线性系数为普通常规光纤36倍的25m长光子晶体光纤后，观察到了由于自相位调制效应（SPM）而导致的光谱展宽现象。实验进一步研究了基于这一效应的全光开关特性，并得到了很好的开关特性曲线。同时还发现这种全光开关具有全光波形整形和波长变换的功能，在实验中变换脉冲中心波长偏离入射脉冲波长4nm。实验结果表明，这种具有高非线性系数的光产品体光纤非常有利于器件的小型化和集成化。     

基于双锥形光子晶体光纤的折射率传感器

设计了一种基于光子晶体光纤的双锥形马赫-曾德尔干涉仪,并对其折射率传感特性进行了研究。在FDTD Solutions光学仿真平台中建立了干涉仪结构模型,研究了该结构的透射光谱对环境折射率的响应。仿真结果表明,透射光谱随环境折射率的增加发生红移,灵敏度为95.906nm/RIU。利用熔接与拉锥工艺制备了干涉仪样品,搭建了实验系统,在不同浓度甘油溶液中对其透射谱进行了检测,实验结果表明,折射率在1.3222~1.3538范围内,透射谱偏移灵敏度为121.95nm/RIU。该传感器具有体积小、重量轻、易于制备、灵敏度高等优点,适用于生化和物理传感领域。     

光子晶体光纤与普通光纤混合的Raman放大器

将25km普通单模光纤（SMF）和高非线性光子晶体光纤（PCF）共同作为增益介质组成分布式混合光纤Raman放大器（H—FRA），并考虑前向、后向和双向3种泵浦方式和2种不同参数的PCF在光纤链路的不同位置，研究了其增益和噪声特性。结果表明，当PCF位于增益光纤链路的尾端时，H—FRA具有较好的噪声性能；H—FRA的开关增益不仅与PCF在光纤链路中的位置有关，还与其插入损耗和泵浦方式有关；对位于链路尾端的后向和双向泵浦H—FRA，增益和噪声性能均最佳。     

全光纤型空芯光子晶体光纤高压气体腔

通过气体填充和泄漏实验,结合微管管流理论,研究了空芯光子晶体光纤(HC-PCF)高压气体填充和泄漏特性。结果表明,空芯光子晶体光纤的气体填充过程缓慢,减小出口密封腔体积可有效缩短充气时间。当将空芯光子晶体光纤一端与单模光纤(SMF)熔接后再进行氮气填充,对于3.03×106Pa填充气压,在4 h内,9 m长的空芯光子晶体光纤内部气压将达到平衡。实验测量了该9 m长,3.03×106Pa的充氮空芯光子晶体光纤单端泄漏速度随时间的演变特性,给出了一种制作全光纤型空芯光子晶体光纤高压气体腔的方案,并指出测量的单端气体泄漏速度随时间变化关系可用来评估最终腔压。在此基础上,制作了空芯光子晶体光纤高压气体腔,腔压为1.73×106Pa,光损耗为9.3 dB。     

基于掺锗光子晶体光纤的可调谐多波长转换器

为了提高光网络中波长资源的使用效率,利用光纤中瞬态受激拉曼散射效应分析理论,设计了一种基于掺锗光子晶体光纤的可调谐四通道波长转换器。由于受激拉曼散射效应的增益随信号光与探测光波长之间的频移量变化,波长转换器各个转换信道波长可由探测光波长调谐。分析了泵浦信号光输入功率对多波长转换器性能的影响,结果表明:随着输入泵浦功率的增大,多路波长转换器的转换性能更好。用OptiSystem对四通道可调谐波长转换进行仿真,结果表明:所设计的波长转换器能够同时实现四通道波长转换,各信道波长可在1 511~1 569nm进行调谐。     

基于光子晶体光纤飞秒激光放大器的微纳加工系统

以掺镱大模面积光子晶体光纤(PCF)飞秒激光放大器为光源组建了一套结构紧凑且运行稳定的飞秒激光微纳加工系统,中心波长为1040 nm,重复频率50 MHz,最大平均功率16 W,光栅压缩后脉冲宽度85 fs。利用该套系统在硅片、金属薄膜(Cr膜、Al膜)上演示了微图案的刻划,并与采用重复频率1 kHz的固体钛宝石飞秒激光放大器的加工结果进行对比,发现利用新组建的加工系统进行微纳加工,由于单脉冲能量较小且便于调节,使得刻划微图案时边缘加工效果更容易控制,且避免了加工过程中未加工区域受到的污染,保护了制作衬底。显示了该套系统高重复频率和高平均功率的特性及其在改善微纳加工效果及明显提高加工效率方面的优势。     

基于材料填充的可调光子晶体光纤器件

详细阐述了最近几年基于材料填充的可调光子晶体光纤器件的研究进展,以及发展可调光子晶体器件的重要意义。并根据调制方法的不同,进行了归类介绍：热调器件,电调器件,光调器件。对基于材料填充的可调光子晶体光纤器件的前景进行了展望。     

基于光子晶体光纤的光脉冲压缩研究

脉冲压缩是近年来光子晶体光纤中一个新的应用领域,在光通信系统中,利用具有高非线性系数和较大负色散值的光子晶体光纤进行脉冲压缩,将降低传输时间,提高传输速率。本文从非线性薛定谔方程组入手,深入探讨光子晶体光纤特性对脉冲压缩的影响,并运用皮秒脉冲在光子晶体光纤中的传输情况,结合示意图,进行光子晶体光纤中啁啾皮秒脉冲压缩的研究,分析压缩因子、品质因子、脉冲峰值功率等因素对提高脉冲压缩质量的影响。     

层状随机分布的光子晶体光纤

设计一种层状随机分布的光子晶体光纤,应用特征矩阵的方法研究了光波在其中的传播规律,发现在横向平面内,在随机度较高和介质层数较多的条件下绝大部分频率的光波传播均受到抑制,从而大大降低光导纤维的传输损耗,实现光信号远距离传输。     

高双折射光子晶体光纤及其特性研究

提出了一种复合结构的光子晶体光纤,采用多极法对其双折射、限制损耗、基模模场以及色散特性进行了数值模拟.研究表明,该光纤在1 550 nm处可获得1.56×10-2的双折射,限制损耗为7.31×10-3 dB/km,负色散达-320 ps/(nm·km),且损耗在1 300～1 600 nm范围内基本稳定.     

一种Sagnac干涉仪结构的光子晶体光纤温度传感器

采用Sagnac干涉仪结构,设计了一种高双折射光子晶体光纤环镜温度传感器。光子晶体光纤温度稳定性好,通过向高双折射光子晶体光纤空气孔填充热光系数高的液体材料乙醇,从而实现温度传感的目的。采用平面波展开法,分析了高双折射光子晶体光纤的双折射与传输波长和温度的关系。理论分析表明,填充乙醇后,高双折射光子晶体光纤的双折射随着传输波长和温度的增加而增加,且双折射与温度成线性关系。实验中将一段填充乙醇的高双折射光子晶体光纤与3 dB耦合器熔接制作成Sagnac干涉仪结构的光纤环镜,当温度从 45 ℃升至80 ℃时,光谱仪上观察到凹点λi向短波方向漂移了309.280 nm,温度灵敏度高达8.837 nm/℃。     

短长度的双椭圆纤芯光子晶体光纤偏振分束器

基于双折射效应设计了一种新型的双椭圆纤芯光子晶体光纤(PCF)偏振分束器,通过在每个纤芯处引入一对大空气孔和一对小空气孔来构成椭圆纤芯。采用全矢量有限元法(FEM)和半矢量光束传播法数值模拟偏振分束器的性能,结果表明,在工作波长1.55μm处,光纤长度为544μm时,X、Y方向偏振光可实现分离,且消光比达到-43.75dB,消光比小于-10dB的带宽为80nm。这为设计具有高消光比和极短长度的双芯光子晶体光纤偏振分束器提供了一种新的结构。     

基于高双折射光子晶体光纤的Sagnac环级联滤波器

为了获得对温度变化不敏感和信道隔离度好的光滤波器,提出了一种基于高双折射光子晶体光纤的Sagnac环级联滤波器。运用Jones矩阵理论对二阶级联Sagnac环滤波器进行了理论分析和数值仿真,可得级联滤波器中两段高双折射光子晶体光纤长度之比为2:1时,透射谱的半峰全宽为0.4 nm,仅为单个Sagnac环滤波器的1/3,有效提高了滤波器的信道隔离度。结果表明,该级联滤波器有着良好的滤波效果,且对温度变化不敏感,可应用于50 GHz的密集波分复用系统。