用于CO传感的空芯带隙型光子晶体光纤的研究

光纤气体传感器具有灵敏度高、防磁、防爆、远程控制等优点.而将空芯带隙型光子晶体光纤应用于气体传感,将使得气体传感与检测的灵敏度进一步提高.文章针对一氧化碳气体的特性及传感器对带隙型光子晶体光纤性能的要求,利用平面渡展开法和矢量有限元法,通过分析计算,得出所需的光纤的基本参数,即纤芯的半径、空气孔的半径和间距,使其在纤芯中的传输率达到90%以上,其应用可以使传感器的检测灵敏度得以提高.     

光子带隙型光子晶体光纤的研究

实验证明,空心的空气-石英光子晶体光纤的纤芯可以局域光,并在理论的基础上,得到光子带隙存在的条件,特定的波带受到限制并沿光纤传导;与每一个波带相对应的光子晶体包层中出现一个完全的二维光子带隙,随着空气填充率的增加,光子带隙的相对大小也会随之变大,而且当减小空气孔尺寸时,光子带隙将被抑制。采用透射谱法在红外波段对带隙型光子晶体光纤进行测量,通过比较光纤的透过谱与光源的光谱,确定是否存在光子带隙。     

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.     

空芯光子晶体光纤损耗的研究

为了研究反共振纤芯壁对空芯光子晶体光纤限制损耗和散射损耗的影响,利用全矢量有限元法对所设计的具有不同纤芯壁和纤芯半径的空芯光子晶体光纤进行仿真,得到了3种纤芯壁在不同纤芯半径时的有效折射率、限制损耗和芯内功率分数随波长变化的曲线。由数值模拟结果可知,纤芯壁采用T=3的环形反共振层和椭圆反共振层设计时,限制损耗降低了约两个数量级,芯内功率分数在通信波段提高了13%。结果表明,这两种设计可以有效降低空芯光子晶体光纤的限制损耗和散射损耗。     

空芯光子带隙光纤纤芯周围石英环的设计

为了研究纤芯-包层交界处石英环厚度对空芯光子带隙光纤的传输带宽、色散、纤芯能量、非线性系数的影响,利用全矢量有限元法对所设计的7孔空芯光子带隙光纤进行仿真,得到了纤芯半径固定时,不同石英环相对厚度情况下,光纤带宽、色散、纤芯能量及非线性系数随波长的变化曲线.结果表明,石英环相对厚度的最佳取值范围为0.5～0.6,这为光...     

微结构光子晶体光纤中的TE模传输

通过光子能带带隙和传输模式的数值模拟分析,研究了空芯和实芯微结构光子晶体光纤中,横电模TE作为基模传输的可能性,得出了TE模作为基模传输的基本条件为：只有当光纤包层第二禁带部分落在纤芯折射率分界线以上时,才能保证将光束缚在纤芯中传输,同时其传输的基模才是横电模TE;若在包层第一禁带,其传输的将是混合模HE11。     

1550nm处空芯光子晶体光纤带隙结构的研究

文章利用全矢量平面波法分析了二维三角结构空芯光子晶体光纤平面内和平面外存在的光子带隙的结构图.重点分析了课题组拉制的空芯光子晶体光纤,计算出了存在光子带隙的波长范围,发现在1550nm的光纤通讯窗口也存在光子带隙.通过理论计算这种光纤,发现随着包层的空气填充率、包层与空气孔两介质的相对折射率差的增大,带隙宽度也将随之增大.最后,说明了如何制备宽带隙的光子晶体光纤.     

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。     

空芯光子带隙光纤纤芯截切半径的研究

利用平面波展开法(PWM)计算了理想的圆形空气孔按三角格子排列的光子晶体带隙,利用带隙图设计了移去7根玻璃毛细管形成纤芯的空芯光子带隙光纤(PBF),随后利用全矢量有限元法(FEM)计算了所设计的光纤,给出了在不同半径情况下沿z轴方向的光强分布和光强等高线分布,从而得出了该类光纤消除表面模、减小损耗的纤芯半径最佳截取范围为0.9Λ～1.0Λ,为光纤的拉制提供了理论依据.     

空芯带隙型光子晶体光纤残余双折射特性研究

建立了空芯带隙型光子晶体光纤残余双折射理论分析模型,采用全矢量有限元法研究了光纤残余双折射产生的原因,最后搭建实验平台对空芯带隙型光子晶体光纤的残余双折射进行测试,并对光纤双折射的波长依赖性和温度稳定性进行了探究.仿真与实验结果表明,纤芯残余形变是导致残余双折射的重要因素,残余双折射随纤芯椭圆率的增大而增大,同时残余双折射的波长依赖性显著,温度依赖系数为0.3×10-9/℃.     

高非线性液芯光子晶体光纤中超连续谱的产生

提出了一种实现高非线性光子晶体光纤(PCF)的新方法,即在空芯光子晶体光纤(HC-PCF)的纤芯空气孔中填充高折射率、高非线性折射率的液态物质三氯甲烷、甲苯、二硫化碳等。利用全矢量有限元方法分析了这种液芯光子晶体光纤的模式分布及色散性质,分析得出其零色散波长可在800 nm左右调节,因此可使中心波长800 nm的钛宝石飞秒脉冲激光在这种光子晶体光纤的反常色散区传输,有利于超连续谱的产生。而且由于填充后光子晶体光纤具有较高的非线性系数,较小功率的脉冲激光就可在几毫米长的这种液芯光子晶体光纤中得到频谱范围大于1000 nm的超连续谱。     

结构参数对空心PCF带隙特性的影响

利用全矢量平面波法分析三角晶格结构空心光子晶体光纤（PCF）的结构参数包层空气孔直径d、包层空气孔间距以、包层的空气填充率F以及介电常数对光子带隙的影响。通过模拟计算发现,随着d、F、介电常数的增大以及A的减小,带隙宽度也随之增大。说明了采用何种参数配置能实现宽带隙的PCF,并模拟出在这些结构参数下的带隙分布图。     

基于液晶填充的带隙型光子晶体光纤的滤波特性

在实芯光子晶体光纤的周期排列的空气孔包层中,填充高折射率液晶介质,使其形成光子带隙.由于填充后低折射率的纤芯周围分布着高折射率液晶棒,光子晶体光纤的横向因布拉格反射而形成了许多传输带,呈现多通道滤波特性.基于光子带隙理论,利用平面波展开法对填充液晶前后光子晶体光纤传导机制的转变进行了探讨,研究了填充液晶对光子晶体光纤滤波性能的影响.结果表明,当电场增大时,滤波通道中心向长波方向移动,滤波通道带宽增大;而对于相同的外加电场,随着液晶折射率的逐渐增大,滤波特性与电场增大情况类似,光子带隙开始向长波方向漂移,同时带隙的宽度也逐渐变大.

Abstract：

The photonic band gap is proposed by filling high-index liquid crystal into its periodically arranged air holes of the clad of solid core photonic crystal fibers (PCFs).Owing to the high-index liquid crystal clubs arranged around the low-index core after filling,PCFs show conductive bands and multi-channel filtering properties induced by transversely Bragg reflectance.Based on photonic band gap theory and plane wave expansion method,the effect of liquid crystal on the conduction change of PCF and filtering properties are researched.The results show that with the increase of electric filed,the filter channel center moves to long wavelength,and the bandwidth of filter channel increases.However,for the same applied electric field,with the increase of refractive index,the photonic band gap moves to long wave length and meanwhile the band gap increases.     

光子晶体光纤的研究与应用

从光子晶体的概念出发,概述了光子晶体的特征及分类,并与自然晶体进行对比.通过引入光子晶体光纤的概念,分别介绍了光子带隙光纤与改进的全内反射光纤的基本结构及导光原理,并阐述了两类光子晶体光纤的主要特点及在通信、光器件、光信息处理等方面的应用.     

低损耗光子晶体光纤的研究进展

损耗是传统光纤和光子晶体光纤得以实用化的重要参量之一,降低损耗是光子晶体光纤制备的首要问题.折射率引导型光子晶体光纤的损耗由1999年的240 dB/km降至0.28 dB/km(1550 nm波长处),光子带隙型光子晶体光纤的损耗也降低到1.2 dB/km(1620 nm波长处).在对比传统石英光纤损耗来源基础上,阐述了光子晶体光纤的损耗机理,并说明了损耗降低的主要途径.     

一种新结构光子晶体光纤的双折射特性研究

在普通正六边形光子晶体光纤的基础上,通过改变x轴方向空气孔的大小及分布构造了一种新结构的光子晶体光纤。利用多极法对该光子晶体基模的模场分布及双折射进行了数值计算,分析了光波长与结构参数对双折射的影响,同时对光子晶体光纤的色散特性进行了研究。结果表明,通过改变x轴方向空气孔的大小以及分布结构使光子晶体光纤比普通六边形结构光子晶体光纤的双折射率明显提高,并且具有较低的宽带反常色散,在光纤双折射效应的应用和光学器件的研制等方面具有独特的优势。     

光子晶体光纤的最新进展

文章从理论和概念上简要介绍了光子晶体和光子晶体光纤,着重介绍了光子晶体光纤的导光原理、奇异特性、应用以及最新进展和前景。     

色散补偿双芯光子晶体光纤的数值研究

为了解决光纤通信系统中的色散补偿问题,提出一种新型的用于色散补偿的双芯光子晶体光纤,其构成材料是纯石英和空气,即在常规光子晶体光纤基础上变化包层第1圈和第3圈空气孔、增大了结构参量变化的自由度。采用平面波展开法对其色散补偿特性进行了数值研究,并模拟了包层结构参量与色散之间的关系,计算得出这种光纤的色散可以达到-1956.327ps·nm-1·km-1,能够补偿超过自身长度100倍的普通单模光纤。结果表明,双芯光子晶体光纤在色散补偿方面具有很大潜力,在未来光通信系统中将发挥重要作用。     

一维光子晶体的应变测量

采用ZnSe和Na3AlF6两种经典介质材料构造一维光子晶体,缺陷层介质为Na3AlF6。利用传输矩阵法对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了理论分析,并得到其带隙特性。分别数值研究了参考光子晶体以及应变前后测量光子晶体的透射谱,分析结果表明光子晶体所受的纵向应变与其缺陷峰波长之间呈线性关系,根据这种对应关系提出了一种新的测量应变的方法。由于粘贴光子晶体的基底与光子晶体的线膨胀系数不同,且温度变化也会引起构成光子晶体材料折射率的变化,导致光子晶体透射谱缺陷峰波长的漂移。为了消除温度误差,在测量光路中设置了与测量光子晶体结构相同的参考光子晶体,对温度的影响进行了补偿。实验表明,测量系统的灵敏度为6×10-4nm/με,测量范围为0～2000με。