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.     

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。     

双芯光子晶体光纤相干合成的研究

光纤激光器相干组束是目前实现高功率光纤激光系统的重要技术途径,利用本文的方法得到了双包层结构的双芯光子晶体光纤的相干合成输出,纤芯直径为2.05μm,空气孔间距Λ为2.07μm,空气孔直径d为1.44μm,测得了明显的相干条纹,光纤输出达30μW,这一成果为多芯光子晶体光纤激光器的发展开拓了新的方向.     

工作在1550nm的全固态光子晶体光纤的设计

利用全矢量平面波展开法对三角形排布孔包层-圆纤芯结构的光子晶体光纤的光子带隙特性进行了数值模拟,对比研究了传统光子晶体光纤(空气-石英纤芯结构)和全固态光子晶体光纤(非空气-石英纤芯结构)的光子带隙(导模)与结构参数(包层孔直径dclh、包层孔间距和包层孔填充比f)的关系,设计出了一组合适的结构参数(纤芯直径dco＝5.3 m,包层孔材料的折射率nclh=1.65,dclh＝1.0 m,＝2.0 m,f＝0.7),可以使相应的全固态光子晶体光纤工作在1 550 nm的现代光通信波长上,且光子带隙可以达100 nm.     

色散补偿微结构光纤拉曼放大特性的研究北大核心CSCD

为了提高光纤拉曼放大器的放大性能,设计了一种高拉曼增益系数和较大负色散的光子晶体光纤。利用全矢量有限元分析方法对包层为正八边形的光子晶体光纤进行数值分析,探究空气孔结构和纤芯掺锗浓度的改变对有效模场面积和拉曼增益系数的影响,最后得到一种小模场面积、高拉曼增益系数和较大负色散的光子晶体光纤。研究结果表明:在泵浦波长为1450 nm且信号波长为1550 nm处包层空气孔直径为1μm、孔间距为1.2μm的掺锗光子晶体光纤结构可获得19.97 W^(-1)·km^(-1)的高拉曼增益系数,同时在1550 nm处可获得-327.6 ps/(nm·km)的较大负色散,该光纤的综合特性对于拉曼放大器放大性能的提高有重要意义。     

小芯径折射率引导型光子晶体光纤的制备和研究

介绍一种小芯径折射率引导型光子晶体光纤(PCF)的拉制方法.制备出的光纤纤芯周围第一层空气孔发生形变,呈柚子形,其芯径为1.7μm,孔间距A和空气孔直径d分别为3.4 μm和2.8μm.由于光纤结构的特殊性,采用有限元法在200～1600 nm波段对其基模有效折射率、色散系数、有效模场面积以及非线性系数进行了数值模拟计算.经过理论计算,这种光纤在所研究的波段具有极高的非线性系数且表现为反常色散,这些特性十分有利于超连续谱的产生.在测量了光纤的损耗、色散等基本特性后,选取损耗较小凡位于光纤反常色散区域,中心波长为800 nm的飞秒激光作为光源,将不同功率的超短激光脉冲耦合入光纤,对这种小芯径折射率引导型光子晶体光纤产生超连续谱的过程进行了测量和分析.     

800nm处近零色散高非线性光子晶体光纤的设计

设计了一种用于产生超连续谱的新型高非线性光子晶体光纤结构,其光纤包层空气孔大小从内到外呈凹型分布,将最内层空气孔直径d1和最外两层空气孔直径d5和d6设置为较大值以分别获得高非线性和低损耗特性;为了降低光纤制作难度,将第二至第四层空气孔直径设置为相同.基于多极法分析了光纤包层空气孔间距Λ和各层空气孔直径对色散、非线性系数和损耗的影响规律,并设计了最佳结构参数.仿真结果表明,该结构光纤双零色散点分别为798和1260 nm,色散极大值为71.6 ps·nm-1·km-1,在0.72～1.3 μm波长范围内,色散斜率小于0.81 ps·km-1·nm-2,780 nm处的非线性系数为153.2 W-1·km-1,800 nm处损耗为3.1×10-3 dB/km,性能相比市场同类型光子晶体光纤更具优势.     

类蜂巢PCF的结构参数对带隙特性的影响

PCF(光子晶体光纤)在实际拉制过程中包层会形成间隙孔。文章提出一种类蜂巢晶格结构的光纤,利用全矢量PWEM(平面波展开法)分析了该结构的圆形和正六边形纤芯的带隙特性,发现纤芯形状对带隙影响作用比较小,验证了PBG(光子带隙)主要是由包层有序排列的空气孔而形成的。计算分析了包层间隙孔直径dint、包层孔节距Λ和包层空气填充率f对带隙特性的影响。通过模拟计算发现,在一定dint范围内,增大f以及减小Λ,带隙宽度均会增大,并且带隙向高频方向移动。采用实际拉制的光纤进行模场面积计算和PBG分布的理论研究,发现该结构光纤的光主要集中在基模传输,同时在可见光波范围内存在PBG。     

方形纤芯六边形微结构光纤的色散特性研究

本文设计了一种纤芯为正方形的微结构光纤,六边形周期分布空气孔组成包层,基于comsel软件,使用有限元分析法,对此微结构光纤基模的色散特性进行数值仿真,研究了色散和纤芯圆孔尺寸以及波长的依赖关系.当d=1.2μm,Λ=2.0μm,d1=1.2μm时,在1.3~2.0μm波长范围色散相差大约在4ps/(km·nm).     

新型色散平坦光子晶体光纤设计与分析

研究了一种新改进的折射率导光光子晶体光纤的色散性能。研究表明当纤芯空气孔的孔径小于包层空气孔孔径时, 光子晶体光纤仍然通过全内反射（TIR）导光。采用全矢量平面波展开法分析光子晶体光纤的色散特性, 并设计了波长为1360 nm到1730 nm时, 色散值在-10±0.5 ps/（nm·km）之间的色散平坦光子晶体光纤, 其色散斜率在波长为1370～1740 nm时可达±0.01 ps/nm2/km。     

利用非化学汽相沉积法制备掺Yb^3＋光子晶体光纤的研究

提出了一种制备掺Yb^3＋光子晶体光纤（PCF）的新方法,即：非化学气相沉积法。利用溶液掺杂法,将SiO2、YiCl3、AlCl3、K2CO3材料在水溶液中混合,再蒸发、烘干得到均匀的混合材料,经2 000℃以上高温熔炼制备出高掺Yb^3＋浓度石英玻璃。用掺Yb^3＋石英玻璃作为纤芯,通过堆积法制备光纤预制棒,再经拉丝...     

Design of large-core single-mode Yb3+-doped photonic crystal fiber

The effective index of the cladding fundamental space-filling mode in photonic crystal fiber (PCF) is simulated by the effective index method. The variation of the effective index with the structure parameters of the fiber is achieved. For the first time, the relations of the V parameter of Yb3+-doped PCF with the refractive index of core and the structure parameters of the fiber are provided. the single-mode characteristics of large-core Yb3+-doped photonic crystal fibers with 7 and 19 missing air holes in the core are analyzed. The large-core single-mode Yb3+-doped photonic crystal fibers with core diameters of 50 μm, 100 μm and 150 μm are designed. The results provide theory instruction for the design and fabrication of fiber.     

光子晶体光纤色散特性的研究

基于标量近似理论,使用有效折射率方法对光子晶体光纤的群速度色散特性进行了详尽研究.由于光子晶体光纤是由单一材料制成,光纤的总色散便由波导色散决定,将群速度色散分为材料色散和波导色散,在分析光纤结构参数与波导色散关系的同时还讨论了剖面色散对总色散的影响.研究表明:调节光子晶体光纤包层空气柱的节距及其有效芯径,可以实现在很宽的波长范围内的单模传输,可以设计零色散光子晶体光纤和在较宽的波长段接近零色散的色散平坦光纤,以及具有较大正常色散的色散补偿光纤,尤其在零色散光纤设计时必须考虑剖面色散的影响.     

应用等效折射率模型研究光子晶体光纤

应用等效折射率模型研究了光子晶体光纤(PCF)的传播特性.介绍了光子晶体光纤的等效折射率模型.通过求解标量波动方程得到了光子晶体光纤包层基空间填充模的模式折射率,利用阶跃光纤的理论来研究光子晶体光纤的导模特性.应用此模型对不同结构光子晶体光纤包层区的等效折射率与波长的关系进行了讨论.包层区等效折射率与芯子的折射率差随波长的增加而增大,并由此阐述了光子晶体光纤的单模特性.数值分析得到光子晶体光纤的基模的模式折射率,并由此研究了光子晶体光纤的波导色散与结构参量的关系.分析表明,光子晶体光纤的波导色散随空气孔孔距的变化符合Maxwell方程的比例性质.空气孔的相对孔径对波导色散有重要的影响.这些分析表明光子晶体光纤具有可以灵活设计其色散特性的潜在应用前景.     

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.     

低折射率芯PCF基模损耗的数值模拟与分析

应用多极法理论计算了低折射率芯光子晶体光纤（PCF）基模的损耗并与未掺杂芯PCF进行了比较，发现可以从损耗的角度来理解低折射率芯PCF的截止特性：传输波长靠近短波长时，模式的损耗会突然变大，从而导致基模截止；而处于长波长时，这种光纤的传输特性和普通PCF相类似。通过改变纤芯折射率的大小和包层中空气孔的大小，可以对光纤的截止波长进行调节。     

光子晶体光纤的色散特性分析

采用有效折射率模型分析了光子晶体光纤的色散特性，并给出了无限大空气玻璃微结构中基模的本征方程。分析结果表明光子晶体光纤具有奇异的色散特性，能在极大的波长范围内支持单模传输，在单模工作时可以具有反常波导色散。同时通过调整光子晶体光纤的结构参数(包括空气孔径和孔间距)可以移动零色散点的位置。最后讨论了大空气孔光子晶体光纤的特性及其在色散补偿中的应用。     

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...     

Ultrahigh Birefringent Photonic Crystal Fiber With Ultralow Confinement Loss

A photonic crystal fiber (PCF) with circular air holes in the fiber cladding and elliptical air holes in the fiber core is proposed. According to calculation, both ultrahigh birefringence (larger than 0.01) and ultralow confinement loss (less than 0.001dB/km) can be achieved simultaneously over a large wavelength range for a PCF with only four rings of circular air holes in the fiber cladding. The confinement loss in this PCF can be effectively reduced while the birefringence almost remains the same. The proposed design of the PCF is a solution to the tradeoff between the birefringence and the confinement loss for the originally reported highly birefringent elliptical-hole PCF. Moreover, an approach to modify the effective index of fiber core is also suggested in this letter