变孔径色散补偿光子晶体光纤的数值研究

文中利用有限差分法对光子晶体光纤的色散补偿特性进行了数值模拟.在常规光子晶体光纤(PCF)的基础上,变化了第二环的空气孔,增加了光子晶体光纤的结构参量变化的自由度.通过数值模拟,研究了新型光子晶体光纤包层结构参量与其色散之间的关系,并且通过优化得出低至-924.6 ps/nm/km的色散值,这在常规色散补偿光纤(DCF)中是不可能实现的.并且针对常规单模光纤色散特性,设计出合适κ值的色散补偿光子晶体光纤,色散值为-519.3 ps/km/nm,补偿能力远大于常规色散补偿光纤.     

双芯光子晶体光纤的色散特性研究

文中利用FDTD方法模拟了光波在双芯光子晶体光纤中的色散特性。给出了FDTD方法的理论基础和仿真结果，同时分析了色散特性与占空比的关系，在相同的空气孔间距条件下，占空比越大，反常色散峰值越大，峰值色散点往短波区域移动。     

光子晶体光纤的色散特性分析

为了探讨靠近纤芯区域的第1层、第2层和第3层空气孔的直径对光子晶体光纤色散特性的影响,采用有限元法进行了理论分析.结果表明,适当调节第1层、第2层和第3层空气孔的直径,可以使零色散点在1100nm-1800nm之间的任何位置上移动.还可以设计在1270nm～1800nm较宽的波长范围内接近零色散的色散平坦光子晶体光纤.这一结果对光子晶体光纤的设计具有重要的作用.     

光子晶体光纤的色散特性分析

为了探讨靠近纤芯区域的第1层、第2层和第3层空气孔的直径对光子晶体光纤色散特性的影响,采用有限元法进行了理论分析。结果表明,适当调节第1层、第2层和第3层空气孔的直径,可以使零色散点在1100nm～1800nm之间的任何位置上移动。还可以设计在1270nm～1800nm较宽的波长范围内接近零色散的色散平坦光子晶体光纤。这一结果对光子晶体光纤的设计具有重要的作用。     

基于FDTD方法的光子晶体光纤色散特性分析

基于电磁场时域有限差分法(FDTD)计算光子晶体光纤(PCF)的方法, 分析了运用该方法时需要注意的一些问题, 特别是关于晶格位置、晶格上各个电磁场分量的分布以及完全匹配层(PML)中在边界处的电磁场的处理。以此为理论依据分析了一种纯石英材料双层芯PCF, 对这种光纤的传输特性进行了详细的数值模拟。通过调整光纤的结构参数, 设计出大负色散值的宽带色散补偿光子晶体光纤(DCPCF)。数值模拟结果显示在1530～1565 nm波长范围内其色散值在-400和-600 ps/(km·nm)之间变化, 达到了具有相同有效模面积的普通色散补偿光纤(DCF)的5倍。在整个C波段可以有效补偿长度25倍以上的标准单模光纤(SMF), 其色散剩余量在±1.0 ps/nm·km以内。该种结构的PCF对于制作高增益和宽带色散补偿于一体的集中式光纤放大器具有十分重要的意义。     

基于光子晶体光纤的宽带色散补偿光纤的设计

采用矢量光束传输法(VBPM)对小纤芯光子晶体光纤(PCF)的色散特性进行了数值分析,研究发现通过调节光子晶体光纤的结构参数可以灵活的对其色散补偿值进行调整,能够实现C L波段(1 530～1 565 nm)的宽带色散补偿功能,并且对标准单模光纤的色散斜率有很好的补偿.在∧=1.0μm,d/∧=0.7时,1 550 nm处的色散值可以达到-339.1 ps/(km×nm),相关色散斜率(RDS)可以达到0.003 2 nm-1,能够有效的对标准单模光纤进行色散斜率补偿.     

利用光子晶体光纤实现10 Gb/s光传输系统的色散补偿

利用光子晶体光纤（PCF）在10Gb/s光传输系统中对普通单模光纤中传输的光脉冲进行了色散补偿，获得了很好的补偿效果。实验中，10Gb／s光脉冲序列经过2.163km普通单模光纤被展宽后．利用26m长光子晶体光纤对其进行色散补偿．补偿后脉冲基本恢复到了初始形状。进一步的理论计算表明，此光纤在C波段20nm波长范围内对普通单模光纤能够实现较好的色散斜率补偿，补偿后剩余色散小于5ps／nm。理论与实验结果表明光子晶体光纤在色散补偿方面具有很大的潜力．在未来光通信系统中将发挥重要作用。     

接近于零色散的色散平坦光子晶体光纤的数值模拟与分析

基于标量近似理论利用有效折射率方法对低空气填充率的光子晶体光纤 (PCF)的色散特性进行了数值模拟。发现通过调节光纤包层的空气穴节距或空气穴大小可以有效地调节光子晶体光纤的色散特性 ,可以实现光子晶体光纤零色散波长向短波方向 (小于石英材料的零色散波长 1 2 7μm)移动 ,甚至在光通信波段出现两个零色散波长 ;可以设计在光通信波段接近于零色散的色散平坦光子晶体光纤 ,其色散系数D的绝对值在 1 2～ 1 7μm波长范围小于 2 0 ps·km-1·nm-1,其色散斜率D′的绝对值小于 0 0 2 ps·km-1·nm-2 。     

光子晶体光纤色散补偿研究

从光脉冲在光纤中的传输过程分析着手,在理论和数值模拟两方面研究了光子晶体光纤的色散补偿特性作用。结果表明,利用光子晶体光纤进行色散补偿时,光子晶体光纤要选择合适的二阶色散系数,同时脉冲的输入峰值功率对其色散补偿也有影响,为保证补偿后脉冲的质量,补偿用光纤的长度尽量小。     

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。     

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.     

环形结构塑料光子晶体光纤色散特性分析

利用有限差分光束传播法模拟了光波在环形结构塑料光子晶体光纤内的传输情况,讨论了基模有效折射率与光纤结构的关系,并分析了色散特性随孔间距、孔大小变化的一般规律,发现塑料光子晶体光纤的总色散主要来自材料色散,尤其在短波长范围内材料色散更是居于主导地位,但随波长的增大波导色散逐渐增大,可以设计零色散波长位于可见光波段的塑料光子晶体光纤,此光纤也能很好地应用到非线性领域.     

光子晶体光纤的矢量有效折射率分析方法

由于具有复杂的折射率分布，光子晶体光纤一般需要采用数值方法进行研究。有效折射率方法最早用来研究光子晶体光纤的模式特征及其色散特性，但是一般采用标量近似的方法。建立了研究光子晶体光纤的矢量有效折射率方法，并用于计算光子晶体光纤的色散常数。类比于阶跃型折射率光纤，只需将电磁场所满足的相应的贝塞尔函数代入阶跃型折射率光纤所满足的矢量特征方程即可求解光子晶体光纤包层的有效折射率。采用矢量有效折射率方法的计算结果与基于有限元方法求解的数值结果和测量结果吻合得更好。     

高双折射光子晶体光纤特性分析

建立了基于透明边界条件(TBC)的全矢量迦辽金有限元法(FEM)分析二维光子晶体光纤(PCF)的模型,并对椭圆芯等5种高双折射光子晶体光纤基模的模式双折射、限制损耗及色散特性进行了数值分析和比较.通过减小内包层中沿x方向的空气孔,增大沿y方向的空气孔构成的一种光子晶体光纤的模式双折射在波长1550 nm处高达5.96×10-3,而椭圆芯光子晶体光纤为1.52×10-3.研究表明,可通过增加内包层中两个正交方向上空气孔的尺寸差来获得高双折射;同时还得出内包层中放大的空气孔减小限制损耗,增加色散,而减小空气孔尺寸带来的影响则刚好相反;内包层上空气孔数量越少,色散越平坦.     

双芯准晶格光子晶体光纤的色散特性

设计了一种折射率引导型双芯准晶格光子晶体光纤,并基于有限元法对其色散特性进行数值模拟和研究。该光纤内、外纤芯中光波的耦合效应,可在相位匹配波长附近产生相当高的负色散值。通过分析内包层孔径d1,外纤芯孔径d2,外包层孔径d3,孔间距Λ以及内包层空气孔层数的改变对光纤色散特性的影响,最终设计出一种在1550 nm低损耗窗口性能优越的色散补偿光纤,负色散峰值为-2250 ps/(nm.km),半峰全宽超过280 nm,色散-带宽乘积可达630 GHz-1.km-1。此种光纤适合在长距离高速光纤通信系统中为常规单模光纤提供色散补偿。     

布拉格光纤色散特性的研究

布拉格光纤是由在径向折射率呈周期分布的多层介质圆环构成的一种光纤。由于多层的几何结构特征，布拉格光纤表现出与普通光纤不同的色散特性。引入等效折射率法(EIM)结合多层光波导理论来分析布拉格光纤，对于布拉格光纤的色散特性进行了深入的分析，得到了布拉格光纤色散的比例性质(scaling properties)，并举例说明利用波导色散与结构参量的关系，通过调整布拉格光纤的结构参量，灵活地设计其色散特性。     

复合蜂巢晶格光子晶体光纤的带隙结构研究

提出了基于复合蜂巢晶格的光子晶体光纤。该光纤包层蜂巢结构每个单元内部包含有一层空气孔,它们形成另一个蜂巢结构。采用平面波展开法研究了这种复合结构的光子晶体光纤的带隙结构随内层蜂巢晶格参数的变化规律。研究发现,内层晶格位置存在一个临界值,在该值以下,光纤的带隙减小。同时得到了一些晶格参数使得次带隙得到抑制,而主带隙大小基本不变。     

宽带色散平坦光子晶体光纤的优化设计与特性分析

设计了一种第一层为椭圆空气孔缺陷的宽带色散平坦光子晶体光纤,借助全矢量有限元法对这种结构的光子晶体光纤的色散特性、模场面积、双折射和限制损耗特性进行了数值模拟.结果表明改进的光子晶体光纤的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,其模场面积较未改进光子晶体光纤的模场面积要大,光纤的限制损耗变小且双折射也相当小.主要分析了这种光纤的结构参数的优化后,光纤的色散特性、有效模面积、双折射以及限制损耗特性的变化规律,最终设计了在1 200～1 800 nm波长范围内超平坦色散的光子晶体光纤.