高非线性光子晶体光纤中布拉格光栅的制作

采用相位掩模版法实验研究了高非线性掺锗光子晶体光纤中布拉格光栅的制作。实验中采用的光子晶体光纤的非线性系数约为12 W^－1km^－1,模场直径约为2.4 mm。 分析了布拉格光栅的反射率随着曝光脉冲数的变化,随着曝光脉冲数的增加其反射率逐渐达到饱和,继续增加曝光量发射率开始下降。实验验证了可以在高非线性光子晶体中写入布拉格光栅,得到光栅的反射率为44.4%,这对于研究光纤布拉格光栅的非线性效应和应用具有重要意义。讨论了影响布拉格光栅写入效率的因素。     

光子晶体光纤端面研磨损伤的分析

对光子晶体光纤的端面研磨过程进行研究,讨论了光子晶体光纤端面研磨损伤的特点。针对光子晶体光纤的结构特点,应用有限元法建立了数值仿真模型。通过单一磨粒切削孔壁的仿真实验,分析了不同切削深度下裂纹损伤的产生情况以及不同磨粒直径对光纤孔壁结构造成的损伤。最后通过实际研磨实验验证了分析结果。结果表明:有限元法能够很好地模拟光子晶体光纤的端面研磨过程;研磨过程中,相对于非孔洞区域,孔壁边缘更容易出现损伤,呈现出沿圆周分布的崩塌区域;边缘崩塌区域尺寸随磨粒直径的增加而增加。实验用光子晶体光纤孔壁边缘无崩塌的最大切削深度低于普通光纤脆塑转变的临界切削深度,使用0.02μm的砂纸进行抛光可以有效地避免对光子晶体光纤孔壁造成损伤。     

FDTD方法在光子晶体光纤中的应用

光子晶体光纤是近年来研究的热点,提出时域有限差分法在光子晶体光纤理论分析中应用的具体方法。通过实例计算,得到了光子晶体光纤的有效折射率等传播参量。     

基于光子晶体光纤的轨道角动量模式的产生

为了让光纤中产生轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)模式更加集成化,提出了一种利用光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)产生轨道角动量模式的方法。通过设计特殊的PCF,使其本征模的奇偶模传输速度不同,在传输一段距离后形成π/2相位差,从而产生OAM模式。该PCF由中心空气孔、二氧化硅环形层和外包层构成,其中外包层由两层圆形空气孔组成,每层圆的数目为2n+2个,对应产生n阶OAM模式。采用有限元法对所设计光纤进行了三维数值仿真分析,成功产生了+2、+3、+4、+5阶OAM模式。该PCF产生OAM模式的方法,满足了未来光纤通信系统集成化、小型化的趋势,在全光纤模分复用系统中有着潜在的应用前景。     

基于高双折射取样啁啾光纤光栅的动态PMD补偿

为了解决高速光纤通信系统中偏振模色散(PMD)补偿问题,提出了基于高双折射线性啁啾光纤光栅的线性应变梯度悬臂梁的结构设计;同时,考虑到波分复用系统中不同信道PMD值不同,提出了取样啁啾(CSP)与周期啁啾(CGP)的等效,通过应变测试,验证了等效啁啾的可行性。利用带有CSP的高双折射取样光纤光栅制成多信道PMD补偿器,并进行了40 Gb/s的传输系统PMD补偿实验,最大可补偿差分群时延(DGD)为58.6 ps,补偿后信号眼图张开度有明显改善,信号传输误码率可降至3.59e-16。     

光子晶体光纤传感器的研究进展

简要介绍了光子晶体光纤的基本结构、导光原理和主要特性.依据传感机理将光子晶体光纤传感器分为4类:吸收型光子晶体光纤传感器、荧光光子晶体光纤传感器、干涉型光子晶体光纤传感器、光子晶体光纤光栅传感器,分别对其工作原理、结构、特点和研究进展进行了讨论.     

七芯光子晶体光纤温度传感器

为了深入探究七芯光子晶体光纤的传感特性,本利用有限元法研究七芯光子晶体对温度的传感特性,找到七芯光子晶体纤芯基模与包层高阶模的有效折射差与温度的关系,算出波谷波长与温度的变化关系,即理论灵敏度,并基于单模-七芯光子晶体-单模结构的马赫-曾德尔干涉结合水浴法进行温度传感实验检测.研究结果表明:七芯光子晶体光纤的理论灵敏值...     

开环光子晶体光纤化学传感器的设计

为了提高低折射率化学物质监测的灵敏度,采用光子晶体光纤设计了一种在开环内镀有金薄膜的表面等离子体共振传感器。利用仿真软件COMSOL Multiphysics 5.6系统地研究了开环半径、内部气孔大小、金属膜层厚度对该传感器灵敏度的影响。最终在2800～4700 nm的工作波段内设计出折射率检测范围为1.26～1.31的低折射率传感器。该传感器平均灵敏度高达22 500 nm/RIU,最高灵敏度达33 000 nm/RIU。在七氟醚、卤代醚、含氟有机物等低折射率物质检测方向具有较好的应用前景。     

光子晶体光纤中超连续谱宽与波长关系的研究

采用分步傅里叶方法模拟了激光脉冲在光子晶体光纤中超连续谱的产生和非线性传输。计算和分析了初始光脉冲的峰值功率和非线性效应对超连续谱形状和带宽的影响,另外,还发现了初始光脉冲的不同波长对超连续谱的频谱宽度也有直接影响。     

高双折射光纤光栅扭转传感器的设计

提出了一种新型的基于高双折射光纤光栅的扭转传感器结构,通过对光纤光栅的模耦合理论和高双折射光纤扭转特性的分析,建立了扭转高双折射光纤光栅传输矩阵的数学模型,并对其进行了理论仿真和实验,该系统测量范围大,分辨率为0.012°,灵敏度为0.13/rad.     

一种新型的光子晶体波导

提出了一种新型的能够实现定向辐射的光子晶体波导。数值仿真结果显示这种光子晶体波导具有更好的定向辐射性能。这种结构能够用于提高传统的介质波导和光子晶体波导之间的耦合效率。     

四边形周期结构负折射介质光子晶体光纤的设计

提出了一种纤芯与介质柱为负折射率材料、衬底为正折射率材料的新型四边形周期结构光子晶体光纤(PCF)。介绍了它的结构设计,研究了光子带隙效应导光特性。与传统四边形周期结构光子晶体光纤相比,该种光纤可以实现带隙效应导光传输,取填充比f=0.7时可获得光子带隙传输范围为880~4140nm,可应用于远红外光通信中。     

具有缺陷的一维光子晶体空间滤波器

具有缺陷的一维光子晶体结构中,群速度延迟在缺陷模处会发生突变,从而共振隧穿的光波会发生大的测向位移。将具有多个缺陷的一维光子晶体作为色散元件,设计了能够将两通道和三通道滤光片在斜入射条件下进行波长空间分离的空间滤波器。该空间滤波器具有制备简单、能够同时进行多路空间滤波的特点。     

氮化镓基异质结构光子晶体微腔特性研究

本论文提出了氮化镓基有源体系的异质结构光子晶体谐振腔,以实现高品质因子和小模场体积的有源集成蓝光谐振。通过能带分析,明确了异质结构光子晶体谐振腔的工作机理。基于光子晶体的能带带边和带隙原理,实现了光子面内反馈、高品质因子谐振和面外垂直发射。基于时域有限差分方法,研究了核心区和包层区不同谐振腔参数下的谐振特性。讨论了微腔结构与谐振品质因子、腔损耗、谐振频率及模场体积等的影响关系。研究表明,通过异质结构可以有效地降低面内谐振损耗,实现了有源集成型蓝光波段的Purcell因子达到769,模场体积为0.7(λ/n)³。该研究为蓝光波段高Q/V_m谐振腔的设计开辟了道路,同时为具备优异谐振特性的异质结构光子晶体微腔的研究奠定了方法和理论基础。     

基于正四边形晶格的微结构光子晶体光纤的特性分析

设计了基于正四边形晶格空气孔排列的光子晶体光纤,并在此基础上,通过在纤芯附近引入不同的微结构空气孔,运用全矢量有限元差分法,对不同微结构的光子晶体光纤的模式有效折射率、限制损耗、模场有效面积、非线性系数、波导色散系数等特性参数进行了仿真与分析。结果表明:引入不同的微结构,可以减小有效模场面积和增大非线性系数;引入正四边形微结构空气孔时,其限制损耗整体变化幅度较小;引入正八边形微结构空气孔时,其对应的波导色散系数在中波段变化比较平坦,且在波长为1 550nm处波导色散系数接近于零;引入正十二边形微结构空气孔时,其波导色散系数均为负值且变化幅度不大,可以应用于光纤的色散补偿。根据对引入不同微结构的光子晶体光纤的特性研究,为进一步研究光子晶体光纤提供一定的参考。     

高功率高耦合效率光纤模场匹配器

为了提高大模场面积光纤到单模光纤的耦合效率,利用加热扩芯的方法,对单模光纤进行了热扩芯处理,实现了大模场面积双包层光纤15/130μm到单模光纤6/125μm的模式匹配。对进行热扩芯处理的模场匹配器的传输损耗进行了理论分析;利用自行搭建的中心波长为1 064nm的激光光源分别测量了商用及自制的模场匹配器的传输损耗。实验结果表明:采用加热扩芯的方法极大地提高了大模场面积光纤到单模光纤的模场匹配器的模式耦合效率。与商用的模场匹配器相比,自制的模场匹配器具有更高的耦合效率和运行功率,其热处理能力更强,可靠性也更好,运行功率可以达到100W;在进行风冷的情况下,稳定工作时间累计为120min,最终可以获得73W的单模光输出,热处理能力为27W。模场匹配器性能的提高满足了高功率光纤元器件发展的需要,有利于实现光纤激光系统的全光纤化。     

含特异材料缺陷层一维光子晶体多缺陷现象及其内部场分布

通过数值模拟和理论分析含特异材料缺陷层一维光子晶体中特异材料折射率与缺陷模式的关系,从而发现调节特异材料折射率可以得到不同状态的振荡透射模。同时还分析了保持特异材料折射率不变的情况下其它材料折射率改变对缺陷模式的影响,理论模拟了含特异材料缺陷层一维光子晶体内部场分布,从而可以非常清晰地再现缺陷模式的局域特性。     

CO激光在非线性晶体ZnGeP2和GaSe中的混频效应（英文）

为了获得2.15～1 500μm的相干光源,研究了CO激光在高质量非线性晶体ZnGeP2和GaSe中的混频效应。为了提高转换效率,在激光锁模方式下对CO激光器的二次谐波、和频和差频的产生进行了研究。结果显示,利用GaSe晶体和ZnGeP2晶体,调Q多谱线CO激光辐射的谱线内倍频效率分别大于0.3%和1.1%。采用ZnGeP2晶体进行倍频时,可调谐锁膜CO激光器的转换效率为12.5%。模拟结果显示,二次谐波与和频产生的输出光谱相同。相邻谱线下,和频和差频的产生过程中,基波和一次谐波可以分别在4.0～5.0μm和100～≥1 200μm(太赫兹范围)形成振荡。利用锁模CO激光器在ZnGeP2晶体中的混频效应,可以得到2.15～≥1 500μm的相干光源,同时转换效率可达到甚至高于12.5%。