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。     

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.     

基于超连续谱产生的光子晶体光纤的特性研究

采用多极法理论研究了光子晶体光纤的非线性和色散特性。数值模拟结果表明:保持孔直径与孔间距比值d/Λ不变,减小孔直径d;或者保持孔直径d不变,增大d/Λ,这两种方法都不仅可以显著提高光子晶体光纤的非线性,而且能够有效地将其零色散点λ0向短波长方向移动。光子晶体光纤的高非线性和灵活可调的色散特性为产生宽带、可见的超连续谱提供了前提条件。     

光子晶体光纤的色散特性研究

对包层空气孔大小及填充率对光子晶体光纤的色散特性影响进行了研究,研究结果表明通过调节光子晶体光纤包层孔间距或是空气孔半径可以灵活地改变光子晶体光纤的色散特性,由此可以设计在波长1550 nm附近具有相对平坦的色散特性曲线,用有限元法模拟了光在光子晶体光纤中传输的场分布,在长距离大容量光通信系统中获得很好的应用。     

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。     

光子晶体光纤色散特性与结构关系的研究

利用基于多极法的数值模拟软件包对光子晶体光纤色散特性进行数值模拟和分析,发现通过改变包层空气孔直径d和空气孔间距A可以有效地调节光子晶体光纤的色散特性,即短波长零色散、近零超平坦色散和大负色散,得到了三种色散特性随光纤结构变化而变化的规律.     

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。     

色散平坦光子晶体光纤色散和非线性特性研究

采用矢量波束传播法(BPM) 对不同结构参量的光子晶体光纤的色散和非线性特性进行数值分析,计算色散平坦光子晶体光纤的参量色散系数D,有效模场面积 和非线性系数 。分析D, 与色散平坦光子晶体光纤结构参量空气孔间距 、空气孔直径 之间的关系。分析结果表明,调节色散平坦光子晶体光纤的结构参量可以灵活地调整色散和非线性特性。得到的色散平坦光子晶体光纤在1300nm到1600nm波长范围内,色散值仅在-1.5 左右,非线性系数都大于19 。     

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.     

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.     

Dispersion Properties in Total Internal Reflective Photonic Crystal Fiber

The dispersion properties in the short wavelength region of total internal reflective photonic crystal fiber have been studied by using the models of the equivalent twin waveguide soliton coupling, effective refractive index，effective normalized frequency and dispersion management solitons. It is shown that the dispersion in the cladding waveguide of the total internal reflective photonic crystal fiber is a positive dispersion，and the dispersion of its core waveguide is a negative dispersion. The method of the compensated probing laser diffraction by the phase hole induced by the stationary pumping laser in the cladding waveguide enables the average dispersion value of the total internal reflective photonic crystal fiber to be close to zero and the zero dispersion point to shift to the short wavelength region.     

基于光子晶体光纤和飞秒激光源的近红外波段宽带孤子和可见区高效色散波产生的实验

将钛宝石激光器产生的飞秒激光脉冲泵浦实验室自制的高非线性双折射光子晶体光纤,脉冲的中心波长为820 nm,位于光子晶体光纤的接近于零色散的反常色散区.实验结果表明:随着泵浦功率的增加,一阶孤子的中心波长发生了红移,同时产生的色散波的中心波长则发生蓝移进入可见光区.当泵浦功率达到0.45 W时,色散波与残余泵浦的输出功率比为42.67,色散波的带宽达到81 nm,而处于近红外波段的红移孤子带宽可达231 nm.利用高非线性光子晶体光纤产生近红外波段宽带孤子和可见区高效色敬波的实验对飞秒激光频率转换和光谱展宽具有很好的借鉴意义.     

双零色散点光子晶体光纤中红移辐射的产生

为了研究双零色散点光子晶体光纤反常色散区中红移辐射的产生,采用分步傅里叶方法数值模拟了飞秒脉冲在双零色散点光子晶体光纤反常色散区中的非线性传输和红移辐射的产生。分析了抽运脉冲的脉宽、抽运波长、入射峰值功率对红移辐射的影响。结果表明,当超短脉冲靠近第2个零色散点的反常色散区进行抽运时,喇曼孤子受高阶色散效应的影响产生了红移辐射现象;当增大抽运激光的入射峰值功率或增大脉宽时,红移辐射均增强,而且发生了明显的分裂现象,其起因可归结于喇曼孤子和红移辐射之间的交叉相位调制;此外,3阶色散效应对红移辐射也有重要的影响,当增大3阶色散系数时,红移辐射可得到进一步加强。     

1.55-μm supercontinuum based on dispersion-flattened photonic crystal fiber

A dispersion-flattened photonic crystal fiber with normal dispersion is designed for generating flat wideband supercontinuum, and the supercontinuum generation in this fiber is numerically analyzed. The results show that by appropriately designing the photonic crystal fiber, it can achieve flattened dispersion in the normal dispersion region. It is found that a fiber characterized by a flattened dispersion with a small normal dispersion is suitable for a flat wideband supercontinuum generation. In the process of spectral broadening, self-phase modulation effect plays a dominant role. By filtering the supercontinuum, pulses with different central wavelength over a wide spectral range can be obtained. The pulse width is determined by the bandwidth of the filter.     

1.55-μm supercontinuum based on dispersion-flattened photonic crystal fiber

A dispersion-flattened photonic crystal fiber with normal dispersion is designed for generating flat wideband supercontinuum, and the supercontinuum generation in this fiber is numerically analyzed. The results show that by appropriately designing the photonic crystal fiber, it can achieve flattened dispersion in the normal dispersion region. It is found that a fiber characterized by a flattened dispersion with a small normal dispersion is suitable for a flat wideband supercontinuum generation. In the process of spectral broadening, self-phase modulation effect plays a dominant role. By filtering the supercontinuum, pulses with different central wavelength over a wide spectral range can be obtained. The pulse width is determined by the bandwidth of the filter.     

渐变空气孔光子晶体光纤色散特性分析

设计了一种渐变空气孔光子晶体光纤,利用带良性匹配层的时域有限差分法分析其色散特性,得到色散随结构参数的变化关系.仿真结果表明,优化结构参数可使光子晶体光纤在特定波长范围内保持近零超平坦色散特性,因而该种光纤可用于波分复用系统中.同时表明,时域有限差分法可有效应用于分析具有特定色散特性的光子晶体光纤.     

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。     

光子晶体光纤色散调控方法的研究

文章采用全矢量有效折射法深入分析了光子晶体光纤结构参数及比例系数对波导色散、总色散的作用,总结了光子晶体光纤色散特性的调整方法,探索出特定色散特性光子晶体光纤的设计方法,并且设计了在800 nm处具有近零平坦色散的光子晶体光纤,该光纤对于研究飞秒激光的传输特性和应用具有一定的价值.     

光子晶体光纤与光通信相关的奇异色散特性

文章首先阐述光予晶体光纤奇异色散特性的物理成因和理论研究方法,然后重点说明和光通信系统应用领域相关的3种色散特性：短波零色散、近零超平坦色散和能够高效地补偿标准单模光纤正色散的高负色散。