大数值孔径光纤预制件研制

我们用MCVD法研制出GeO2—P2O5-SiO2系为芯，B2O3—SiO2系作也层的大数值孔径光纤，分近似突变型及渐变型折射率分布两种，NA=0．36，损耗=8dB／kM（在0．85μm长）。研究了GeO2-P2O5-SiO2系芯成分与相对折射率差△和损耗特性关系。消除了芯中心折射率凹陷。实验解决了预制件芯部的炸裂问题。     

包层折射率凹陷分布的单模光纤的特性

业已研制出VAD凹陷包层的单模光纤。所制备的光纤在纤芯中掺锗,折射率差为△~ =0.2～0.3％;在包层中掺氟,负折射率差为△~-=0.1～0.4％。包层与芯径之比为5到9,1.3μm波长处传输损耗小于0.5 dB/km。已发现,凹陷包层光纤侧向压力引起的弯曲损耗增加值与匹配包层光纤弯曲损耗增加值相等,匹配包层光纤的折射率差等于凹陷包层光纤折射率差的总和(△=△~ △~-)。但是,凹陷包层光纤的色散与纤芯中具有同样含锗量的匹配包层光纤的色散极其相似,即具有相同的正折射率(△=△~ ),使得1.3μm波长处的色散比较低。此外本文还证实了,这种光纤的熔融接头损耗与匹配包层光纤的熔融接头损耗一样小,在整个成缆过程中传输损耗始终很低。     

弯曲损耗减小的渐变折射率塑料光纤的波导参数设计

为了消除光纤的弯曲损耗，甚至是恶劣弯曲条件下的弯曲损耗，日本Keio大学的科研人员对渐变折射率塑料光纤（GI—POF）的波导结构，如折射率分布、数值孔径（NA）和芯径进行了适当设计。当芯径小于200μm、NA大于0．25时，GI—POF在恶劣弯曲条件下的弯曲损耗明显减小。当芯径为200μm、NA为0．24时，即使在恶劣弯曲条件下GI—POF的弯曲损耗也消失了。首次试验证实。由弯曲引起的模式耦合导致了弯曲损耗。光纤弯曲前的模式耦合强度对弯曲损耗有很大的影响。通过相邻模之间的传播常数差△β评定了模式耦合强度。随芯径和NA而变的△β影响弯曲损耗。因此，根据邸的计算结果，日本Keio大学的科研人员提出适当设计GI—POF的波导参数的指导性意见，以便抑制弯曲损耗。     

大模场抗弯曲全固态光纤的结构设计

提出了一种具有对称结构的大模场面积和低弯曲损耗的新型结构光纤,运用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件分析了光纤特性。该光纤由纤芯中的梯形折射率环和包层中的多层下陷层组成,仿真结果显示该光纤具有低弯曲损耗大模场单模传输的特性。对比分析了梯形谐振环、矩形谐振环、三角形谐振环结构光纤的弯曲损耗以及电场模式分布,实验结果显示梯形折射率环更具优越性。多层下陷层结构将模场限制在纤芯中,下陷层的数量大于2时模场面积基本上保持不变。研究结果表明,在波长为1 550 nm、弯曲半径为20 cm时,基模(FM)弯曲损耗只有0.056 868 dB/m,而高阶模(HOMs)损耗为3.58 dB/m,有效模场面积可达2 313.67μm²。该光纤对弯曲方向不敏感,在高功率光纤激光器放大器等光通信器件领域具有广阔的发展前景。     

下陷层辅助单模光纤的弯曲损耗研究

随着光纤到户网络的逐渐普及,弯曲不敏感光纤受到了越来越多的关注。对下陷层辅助弯曲不敏感光纤进行了系统的研究。在带有下陷层的弯曲不敏感光纤中,下陷层的折射率差、下陷层的宽度以及下陷层至芯层的距离是影响弯曲损耗的三个重要参数。结合上述三个参数,系统研究了光纤半径以及涂覆层折射率对弯曲损耗的影响。研究表明,通过改变光纤半径可以有效降低弯曲损耗;在特定的弯曲半径下,当涂覆层折射率增大时可以有效减小光纤的弯曲损耗。这些结论对弯曲不敏感光纤的设计及制造具有指导意义。     

中央空气纤芯半径对PBG-PCF基模特性调节研究

为数值研究中央空气纤芯半径对六重对称带隙导光型光子晶体光纤基模特性的调节,采用全矢量平面波与多极方法分别计算出该类光纤的带隙结构及不同中央空气纤芯半径时可能存在基模的有效折射率,由有效折射率分析了基模色散、非线性和限制损耗特性。数值结果表明,中央纤芯半径越大,色散越大,长波长段色散随入射波长在零色散附近振荡变化,在某一特定波长时非线性系数随中央纤芯半径的增大而增大;基模限制损耗总体随入射波长的增大而减小,在某些纤芯半径处出现振荡特性。     

400Gbit/s光通信用超低损耗超大有效面积光纤的研究

从电磁场基 本理论出发,采用标量波动方程进行分析与计算,设计出一种超低损耗超大有效面积单模光 纤(SMF)的折 射率剖面结构,纤芯折射率为1.461,纤芯直 径为13.99μm,内包层引入低折射率下凹 环,其折射率为1.455,宽为 6.95μm;采用连续化学气相 沉积(CCVD)工艺,制造出包层直径为125μm的SMF。测试表明,研 发的光纤具备超低损耗 与超大有效面积特性,其在1550nm波长的衰减 为 0.165dB/km,在1625nm波长的衰减为0.179dB/km;在 1550nm波长的模场直径为13.96μm,有效面 积为153μm²;光纤具备优良的抗弯曲性能,在弯曲半径为30mm 的芯轴上弯曲100圈的条件下, 其在1550nm的弯曲附加损耗为0.032dB,在1625nm波长的弯曲附加损耗为0.093dB。实验结果表明, 本文研发的SMF能够满 足400Gbit/s高速光通信的应用需求,可为下一代高速光纤通信提供 关键基础材料支撑。     

低弯曲损耗大模场面积多芯光纤的研究

针对19芯、37芯大模场光纤提出两种降低弯曲损耗的方法,一种方法是在芯区外引入一层空气孔,另外一种方法是在芯区外引入多包层低折射率结构。理论分析表明,多芯光纤弯曲损耗存在临界弯曲半径,在大于临界半径的情况下,弯曲损耗基本不变,在小于临界半径的情况下,弯曲损耗急剧增大。引入空气孔后,当19、37芯光纤模场面积分别为516μm2和920μm2时,临界弯曲半径都从3.5 cm减小到4 mm。当引入包层数达三层以上时,多包层结构也可使19、37芯光纤的临界弯曲半径从3.5cm减小到4 mm。     

一种大模场沟槽辅助型扇形瓣状光纤的研究

设计了一种抗弯曲大模场面积单模光纤方案——沟槽辅助型瓣状光纤。纤芯中间加入了低折射率辅助沟槽,纤芯四周围绕高折射率扇形瓣。利用COMSOL软件计算模式损耗、模场面积等性能。研究表明:在弯曲半径为15cm的情况下,光纤模场面积可达700μm2,高阶模和基模损耗比大于100,能够实现有效单模操作。此外,当弯曲方向在[-180°,180°]范围内变化时,光纤性能保持稳定。这种光纤在紧凑型高功率光纤激光器和放大器领域显示出巨大的潜力。     

掺镱多模双包层光纤激光器弯曲选模研究

为了使大芯径多模双包层光纤激光器实现基模输出以抑制高功率双层光纤激光器中的非线性效应,采用将大芯径的多模双包层光纤适当弯曲进行选模使双包层光纤激光器获得单模激光输出的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了大芯径多模双包层光纤内包层折射率、纤芯半径、光纤内传输信号光波长、光纤弯曲半径等因素对弯曲损耗及激光器输出光场模式影响的数据,并采用国产掺镱多模双包层光纤进行了弯曲选模实验,实现了多模光纤激光器的单模输出.结果表明,激光器最大输出功率达9W,斜率效率达17.3%,输出为基模.这一结果对大芯径多模双包层光纤激光器的选模是有帮助的.     

八边形空气孔环绕-双模大模场面积多芯光纤

为实现多芯光纤的严格双模传输和大模场面积, 将多芯光纤引入空气孔并排列成八 边形结构,利用COMSOL软件建立该光纤的电磁场模型,再采用有限元方法系统地分析相 对孔径大小、纤芯与包层折射率差和纤芯之间的间距等3个结构参数对光纤模式特性及有 效模场面积的影响,最后讨论了不同弯曲半径下光纤的弯曲损耗。根据分析结果并结合归一 化频率常数找到合适的结构参数,此时光纤的基模模场面积在平直状态下可达到1730 μm², 当弯曲半径大于0.45 m时,弯曲损耗小于10－3 dB/m,基模模场面积仍可达到1685 μm²。该 光纤保持少模传输并实现了大模场面积和低弯曲损耗,在大容量、高功率光纤传输系统中具 有广阔的应用前景。     

1.3 μm波长区用的渐变型光纤制造技术

在材料色散为零的1.3μm 波长区,实现低损耗宽带宽的渐变型光纤是当前要达到的目标。在本文中,为了确立1.3μm 波长区用的渐变型光纤的制造技术,进行了组分的探讨,以及折射率分布控制法的改善、最佳折射率分布系数的探讨等。结果,弄清了纤芯组分以 GeO_2—P_2O_5—SiO_2系,包层组分以 GeO_2—B_2O_3—P_2O_5—SiO_2系为宜,波长在1.27μm 时的最佳折射率分布系数为1.88±0.01。而就所内传输实验(TL_3)而言,制作了11根预制件,并拉制成21.4公里长,得到平均损耗为0.70分贝/公里(在1.3μm 下),平均带宽为1080兆耕·公里(在1.27μm 下)的1.3μm 波长用渐变型光纤。此外,还制造成了1.27μm 下为2.1千兆赫·公里,1.06μm 下为3.5千兆赫·公里的超宽带渐变型光纤。     

新型低弯曲损耗光子晶体光纤的研究

提出了一种新型掺锗芯低弯曲损耗光子晶体光纤。通过调整结构参数,实现了单模低弯曲损耗传输,与标准单模光纤有较好的适配性。仿真结果表明,波长1550nm处,弯曲半径为5mm时,基模损耗为0.014dB/km;弯曲半径为4mm时,基模损耗为0.42dB/km,能承受的弯曲半径小。显示了光子晶体光纤具有成为光纤到户"最后一公里"主要通信介质的性能优势。     

极低损耗单模光纤的制造工艺

在用MCVD法制造超低损耗单模光纤的工艺中,我们研究了下列两种类型的玻璃材料,即(1)SiO_2包层,GeO_2-SiO_2纤芯;(2)P_2O_s-F-GeO_2-SiO_2包层,P_2O_s-GeO_2-SiO_2纤芯。实验结果,关于(1)我们使用了石英管外径自动控制器能在1.30微米和1.55微米下制备低损耗单模光纤。然后,关于(2),我们精密控制了光纤包层的掺杂气体SF_6或CF_4的气流率和纤芯折射率分布,在1.30微米～1.60微米下得到了低损耗单模光纤。     

基于模式耦合的低弯曲损耗大模场带隙光纤研究

提出一种大模场带隙光纤,由排布在正方结构网 格中的高折射率介质柱形成导光机制。采用有 限元法分析了直光纤与弯曲光纤下的模式损耗与模场面积等特性。研究结果表明:这种光纤 具有较宽的带 隙,可同时支持基模和高阶模的传输,两种模式的泄漏损耗均低于1×10－3 dB/m。当光纤弯曲时,其包层会 产生具有强泄露损耗的包层模,并在一定的弯曲半径下与纤芯的高阶模发生强耦合。当弯曲 半径在15～20cm 之间时,基模弯曲损耗小于0.01dB/m,而高阶模损耗大于1dB/m, 因而光纤可以经弯曲实现大模场单模传 输。在1064nm波长处,其直光纤的基模模场面 积为1319.62μm², 而在弯曲状态下的模场仍可达到975.00μm²以上,因而可实现大 模场的低弯曲损耗传输。     

一种双模大模场面积多芯光纤的设计和特性分析

提出了一种具有双模大模场面积的多芯光纤,建立了该多芯光纤的电磁场模型并采用有限元方法对其进行求解。基于该模型研究了光纤的模式特性和弯曲特性,系统分析了纤芯间距、纤芯半径和芯包折射率差对光纤模式特性和基模有效模场面积的影响。结果表明:通过引入空气孔并适当减少纤芯间距、纤芯半径和芯包折射率差,该光纤能实现严格的双模传输。保持双模传输时,通过增大纤芯间距,减小纤芯半径和芯包折射率差均有助于增大基模的模场面积。通过调整结构参数,在近似满足双模传输的条件下,光纤的基模模场面积在平直状态下可达到3155μm²。     

低弯曲损耗少模光纤传输特性研究

提出一种采用少模阶跃光纤与单模光纤连接的方法,实现低弯曲损耗传输的新型光纤通信系统。采用有限元法研究了在模场直径相同的情况下少模光纤纤芯半径与折射率差的关系,以及不同参数下光纤的弯曲损耗;采用光束传播法计算了少模光纤的各种模式与普通单模光纤的基模的连接损耗。证明了采用少模光纤可以利用模式间的正交性实现有效的单模传输,并具有低的弯曲损耗和连接损耗。     

光子晶体光纤宏弯曲损耗特性的理论分析

利用有效折射率模型对全内反射型光子晶体光纤的宏弯曲损耗特性进行了理论研究,分析了光子晶体光纤的结构参量和弯曲半径对其宏弯曲损耗谱的影响,计算了某些结构参量的光子晶体光纤在1.5 5μm波长处的临界弯曲半径.研究表明,光子晶体光纤的弯曲损耗特性与其结构参量密切相关.     

大芯径双包层单模光纤

本文对芯中折射率为α分布的双包层单模光纤的传输特性作了详细分析和计算,并且考虑了实际光纤制造工艺(MCVD法)中存在的折射率中心凹陷的影响。根据理论计算值,在国内首次成功地制造了大芯径双包层单模光纤,芯径达14～17μm,比通常的单包层单模光纤提高一倍左右,且弯曲损耗也有明显减小。     

对少模大模场多芯光纤的研究与设计

本文利用空分复用思想,提出了一种新的大模场少模多：占光纤（few—mode fiber,FMF）：详述了空分复用的原理、特点以及目前所存在的问题;同时对该大模场少模多芯光纤研究情况进行了说明。研究结果表明,通过在125μm的包层空间中排列纤：＆成圆对称分布的7根纤芯,在保持少模特性的同时,七芯光纤的基模有效面积达到724．21μm^2,且具有良好的弯曲特性。同时当光纤外层涂低折涂覆时弯曲损耗可忽略。涂高折涂覆时,当弯曲半径小于0．6m,该种光纤的弯曲损耗比阶跃型单模大模场光纤小得多,当弯曲半径大于0．4m,该种光纤的弯曲损耗0．03dB／m,同时基模有效面积能保持在735．99μm^2左右。