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。     

光子晶体光纤中非线性传输的数值分析

利用数值方法求解了广义非线性薛定谔方程，模拟了飞秒激光脉冲在具有不同色散特性的光子晶体光纤（PCF）中非线性传输和超连续光谱的产生过程，分析了在反常色散区和正常色散区飞秒激光脉冲的非线性展宽机制，详细讨论了脉冲内拉曼散射（ISRS）、自陡峭（SS）效应以及高阶色散对超连续光谱产生的影响。分析结果表明．无论在光子晶体光纤的反常色散区、正常色散区还是在光纤的零色散点，脉冲内拉曼散射效应对长波波段的光谱展宽都具有重要的作用。讨论了高阶色散尤其是三阶色散对超连续光谱中反斯托克斯波的显著影响，合理地选择色散曲线，能够得到更宽更平坦的超连续光谱，表明了光子晶体光纤的可控色散特性的重要应用价值。     

用等效经验关系法研究光子晶体光纤的非线性

运用具有三角形孔格子结构的光子晶体光纤(PCF)的近似经验关系与等效折射率模型相结合的方法来研究PCF的非线性。总结更为简捷的经验关系式进行计算,避开复杂的全矢量计算,得到了PCF基模和空间填充基模的有效折射率。利用等效折射率模型,以传统的阶跃光纤等效替代PCF,以光纤的数值孔径作为两个模型的关联点,得到了PCF的有效纤芯面积的简洁表达式。并在此基础上全面讨论了PCF的非线性与其结构参数及材料参数之间的关系,得到了与实际材料非线性相吻合的结论。     

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.     

三零色散光子晶体光纤中超连续谱的产生与控制

提出了利用倍频效应得到双波长抽运三零色散光子晶体光纤(PCF),产生近红外、中红外波段超连续谱。设计三零色散光子晶体光纤结构,采用分步傅里叶算法数值求解非线性薛定谔方程,模拟双波长抽运三零色散光子晶体光纤产生超连续谱的演化过程,分析了不同光纤长度和脉冲峰值功率对产生的超连续谱的影响。结果表明:当抽运激光脉冲中心波长分别为1μm和2μm、脉宽为100 fs、重复频率为200 k Hz,传输距离为10 cm、脉冲峰值功率为10 k W时,得到了谱宽为690~3150 nm的超连续谱,包含了近红外、中红外波段,光谱具有较好的连续性和平坦度。     

低损耗带隙光子晶体光纤的制备技术

前言光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,简称:PCF)按导光机理可以分为两类:折射率导光机理和光子能隙导光机理。对折射率导光机理的PCF来说,其原理依然是全内反射,例如高非线性PCF、大模场PCF等等均属此类。根据光子能隙传光机理的PCF,我们称之为带隙光子晶体光纤     

基于光子晶体光纤的超连续谱光源设计

为了运用光子晶体光纤高非线性效应技术获得超宽光谱,设计了一种基于光子晶体光纤的超连续谱光源,通过对光子晶体光纤进行塌孔处理后再熔接的方式,将高峰值功率的窄线宽脉冲光注入高非线性光子晶体光纤,利用光纤非线性效应实现了光谱展宽.实验结果表明,该超连续谱光源实现了光谱范围440～2400 nm,输出光功率为276 mW.     

高功率全光纤超连续谱激光技术进展

基于非线性光子晶体光纤(PCF)的超连续谱技术由于在频谱学、超短脉冲激光技术、频率计量及光学相干层析(OCT)等领域中的应用价值在国际上引起了广泛的研究兴趣。最近,中国科学院西安光学精密机械研究所基于高功率全光纤皮秒脉冲放大器系统和高非线性光子晶体光纤,实验上获得了平     

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。     

光子晶体光纤模式特征的数值研究

应用光子晶体光纤（PCF）的本地正交基函数模型，对PCF的模式特征进行了详尽的数值研究，包括模式特性、传输常量、模场分布、模场面积、功率限制特性等。结果表明：通过调节PCF的结构参量，可以设计大有效面积PCF，用于高功率传输和制作光纤激光器；利用PCF的芯层与包层较高的折射率差，将光功率更大限度地限制在芯层以利于研究非线性效应等。     

Analysis and Design of Photonic Crystal Fibers Based on an Improved Effective-Index Method

The modal characteristics of photonic crystal fibers (PCFs), with guiding cores consisting of one or seven missing airholes, are investigated with the finite element method and compared to those of step-index fibers (SIFs). To extend the applicability of the classical SIF theories to PCFs, the effective refractive index of photonic crystal cladding and the effective core radius of a PCF are studied systematically, based on simple physically consistent concepts. With the new effective cladding index and core radius of PCFs, the classical definition of the V parameter for SIFs is extended to PCFs, and a highly efficient approach based on the effective-index method is developed for the design of PCFs. The new design approach has been successfully employed to analyze the modal properties of PCF lasers with depressed-index cores and further tested by using it to effectively estimate the number of guided modes for PCFs with large cores     

基于Contourlet变换和压缩感知的实际光子晶体光纤光

为了准确估计实际光子晶体光纤（photonic crystal fibers,PCFs）的光特性,提出一种基于Contourlet变换的压缩感知重建方法来重建实际PCFs的截面,进而对实际PCFs的光特性进行快速评估。结合全变差去噪方法,对经典图像、商用大模场面积PCF和保偏PCF的光特性进行评估,结果表明,提出的方法可以有效保留PCFs截面空气孔多尺度多方向的特征,光特性的评估结果与产品参数相吻合。这也是目前首次将基于Contourlet变换的压缩感知应用于PCFs的光特性估计,研究工作为实际PCFs光特性的快速准确估计提供了有效的手段。     

利用普通熔融拉锥机实现光子晶体光纤拉锥

光子晶体光纤的拉锥是实现光子晶体光纤潜在应用价值的重要技术手段。通过优化普通光纤拉锥机的参数,利用"快速低温"拉锥法有效控制了光子晶体光纤空气孔的相对塌缩。实验中实现了两种不同光子晶体光纤的拉锥,光纤外径分别从原来的125μm拉锥到50μm和30μm,光纤的孔直径和孔间距之比基本保持不变,拉锥损耗小于0.4 dB。基于普通熔融拉锥机的光子晶体光纤低损耗拉锥为光纤器件的制作奠定了基础。     

零模间色散三芯光子晶体光纤

为了研究纤芯掺杂低折射率材料后三芯光子晶体光纤中任意两超模之间的模间色散特性,采用全矢量有限元法进行了仿真,取得了模间色散系数、零模间色散波长随纤芯折射率和结构参量变化的数据。结果表明,通过调节纤芯折射率、纤芯直径、空气孔直径以及孔间距这4个结构参量,可以使任意两超模间的模间色散在两个常用波段1.31m和1.55m处为0。该结果对于消除基于模分复用的光纤不同模式间因为模间色散导致的脉冲失真和实现零模间色散的模分复用技术是有帮助的。     

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。     

Design of photonic crystal fibers with anomalous dispersion

Photonic crystal fibers (PCFs) have attracted greatattentionin recent years due to their interesting proper-ties ,such as endless single-mode operation,unique dis-persion and nonlinear characteristics[1 ,2].It has been re-ported that PCFs offer a wide range of potential applica-tions ,such as 2Rregenerators ,optical parametric ampli-fiers ,dispersioncompensationandsuper-continuumgen-eration[3].Also called holey fibers or microstructure fi-bers ,PCFs are optical fibers possessing periodic a…     

新型大模场光子晶体光纤传输系统及其传输特性分析

通过在多模光子晶体光纤的两端分别连接一根单模光子晶体光纤,对其选择合适的参数,形成一种可以实现低弯曲损耗、大模场单模传输的光纤传输系统。运用数值仿真,分析了该传输系统在模场面积、弯曲损耗、连接损耗等方面的特性。研究结果表明,多模光子晶体光纤与单模光子晶体光纤所组成的系统可实现有效的单模传输;工作波长为1064nm时,多模光子晶体光纤在直波导状态时的基模模场面积可达1593μm2;在弯曲半径低至10cm时,多模光子晶体光纤仍然可以保持低损耗传输。经过对多模光子晶体光纤结构参数的优化,其与单模光子晶体光纤的连接损耗降低至0.085dB。     

Design of low-confinement-loss and highly birefringent index-guiding photonic crystal fibers

We present a systematic scheme to achieve both high birefringence and low confinement loss in index-guiding photonic crystal fibers （PCFs）, using a structurally-simple PCF with finite number of air holes in the cladding region. By increasing the size of the outermost-ring air holes in the cladding region, highly birefringent PCFs with low confinement loss can be successfully achieved. The design strategy is based on the fact that the modal birefringence of PCFs is dominated by the inner-ring air holes in PCF, which is verified by a full-vector finite element method with anisotropic perfectly matched layers. Numerical results show that modal birefringence in the order of 10-3 and confinement loss less than 0.1 dB/km can be easily realized in the proposed PCF with only four rings of air holes in the cladding region. We expect that such fibers will be much easier to be fabvicated than those with more air holes in the cladding region.     

Modal cutoff in rare-earth-doped photonic crystal fibers with multi-layer air-holes missing in the core

The various mode effective indices of the doped photonic crystal fibers (PCFs) are compared, the mode field distributions of the fundamental mode and the second-order mode are analyzed, and the single-mode condition is presented. The mode effective indices of large-core doped PCFs with different core indices and structure parameters are simulated by the finite element method (FEM). The relations of the core index with the fiber structure parameters of pitch, hole-to-pitch ratio and core diameter are obtained for single-mode propagation. In the design and fabrication of the doped PCF, we can adjust the core index and fiber structure parameters to achieve large mode area and single-mode propagation.     

用于光子晶体光纤研究的超格子构造法

提出应用“超格子构造法”研究光子晶体光纤(PCF)的传输特性。电场用正交完备的厄米-高斯(Hermite-Gauss)函数展开,有中心缺陷的周期性分布的介电常数用两组不同周期的介电常数分布迭加构成超格子，每组介电常数都用余弦函数展开,然后利用波动方程及厄米-高斯函数的正交性。得到光子晶体光纤的传输特性(模场分布、双折射、色散)。模式双折射的大小可用以衡量该算法的精度。