光子晶体光纤色散特性的研究

基于标量近似理论,使用有效折射率方法对光子晶体光纤的群速度色散特性进行了详尽研究.由于光子晶体光纤是由单一材料制成,光纤的总色散便由波导色散决定,将群速度色散分为材料色散和波导色散,在分析光纤结构参数与波导色散关系的同时还讨论了剖面色散对总色散的影响.研究表明:调节光子晶体光纤包层空气柱的节距及其有效芯径,可以实现在很宽的波长范围内的单模传输,可以设计零色散光子晶体光纤和在较宽的波长段接近零色散的色散平坦光纤,以及具有较大正常色散的色散补偿光纤,尤其在零色散光纤设计时必须考虑剖面色散的影响.     

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.     

A novel ultraflattened dispersion photonic Crystal fiber

A novel four-ring photonic crystal fiber (PCF) structure with two different air-hole sizes is proposed with nearly zero ultraflattened dispersion characteristics. Through optimizing only three geometrical parameters, two air-hole diameters, and one hole pitch, the ultraflattened zero dispersion PCF can be efficiently designed. As an example, a four-ring PCF with flattened dispersion of /spl plusmn/0.25 ps/km/nm from 1.295- to 1.725-/spl mu/m wavelength is numerically demonstrated. The corresponding design procedures for the novel PCF are also presented in this letter.     

高折射率纤芯光子晶体光纤的特性研究

在二氧化硅中掺入适量GeO2可增大折射率，用其作为光子晶体光纤的纤芯时易于将光场捕获在纤芯中，形成稳定的传输模式。本文通过有限差分法数值解亥姆霍兹方程，研究了空气孔呈三角形典型结构排列的光子晶体光纤的特性．当纤芯及空气孔的大小都相同时，纤芯掺杂比例越高，光子晶体光纤的有效折射率就越高，色散则会向负向增长。此外，在这种高折射纤芯的光子晶体光纤中，当纤芯的大小及折射率均固定仅增大周围空气孔时，光子晶体光纤的色散增大，有效折射率趋于降低，模场有效面积也趋于减小。     

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.     

Truncated Parabolic-Index Fiber with Minimum Mode Dispersion

The use of a parabolic-index fiber as an optical transmission line has been receiving extensive attention because of its excellent mode dispersion characteristics. In the present paper, the modal dispersion in the optical fiber with truncated parabolic index distribution is analyzed theoretically in detail by using a variational method. Taking the influence of the cladding upon the propagating modes into consideration, it is found that there exists an optimum index distribution for which the modal dispersion is minimized. The standard deviation of the normalized group delay of propagating modes is used to estimate the modal dispersion behavior of the fiber.     

小芯径折射率引导型光子晶体光纤的制备和研究

介绍一种小芯径折射率引导型光子晶体光纤(PCF)的拉制方法.制备出的光纤纤芯周围第一层空气孔发生形变,呈柚子形,其芯径为1.7μm,孔间距A和空气孔直径d分别为3.4 μm和2.8μm.由于光纤结构的特殊性,采用有限元法在200～1600 nm波段对其基模有效折射率、色散系数、有效模场面积以及非线性系数进行了数值模拟计算.经过理论计算,这种光纤在所研究的波段具有极高的非线性系数且表现为反常色散,这些特性十分有利于超连续谱的产生.在测量了光纤的损耗、色散等基本特性后,选取损耗较小凡位于光纤反常色散区域,中心波长为800 nm的飞秒激光作为光源,将不同功率的超短激光脉冲耦合入光纤,对这种小芯径折射率引导型光子晶体光纤产生超连续谱的过程进行了测量和分析.     

掺Yb3+铝硅酸盐玻璃纤芯的光子晶体光纤

为了获得用于掺Yb3+脉冲光纤激光器的具有反常色散的光子晶体光纤,设计了一种掺Yb3+铝硅酸盐玻璃纤芯的结构,包层部分为普通的六边形结构,分布着直径相同的空气孔,其纤芯横截面为椭圆形,在包层和纤芯之间设计了4个小椭圆空气孔。研究了包层的空气孔直径d与空气孔中心间距Λ以及二者的比值d/Λ这些参量变化时,色散随波长变化的情况;同时研究了4个小孔对色散和双折射的影响。结果表明,这一结构的光子晶体光纤,当Λ=2.3μm、d/Λ=0.5时色散呈现反常色散,作为掺Yb3+脉冲光纤激光器的增益部分是可行的。该研究对掺Yb3+光子晶体光纤在脉冲光纤激光器方面的使用是有帮助的。     

光子晶体光纤的Galerkin算法

光子晶体光纤(PCF)是由石英和空气孔构成的二维周期性介电常数分布的微结构光纤，人们已经提出了一些理论方法用于其模式特征的研究。以全反射光子晶体光纤为例。将其折射率结构分解为一个纯粹的中心缺陷结构和一个完美二维光子晶体的叠加，并分别选取厄米-高斯函数和余弦函数对其周期性折射率展开；同时将横向电场分布的x，y分量用正交归一化厄米-高斯(Hermite-Gauss)函数展开。从电磁场的波动方程出发，忽略横向电场之间的耦合。根据折射率和电场的展开式。得到关于各展开系数的矩阵和模式的特征方程。特征方程中涉及的各矩阵元素都可以利用厄米-高斯函数的正交归一化性质及其他一些恒等式解析求得。求解该特征方程，可得到光子晶体光纤的传播常数和模场分布。利用此算法，可以进一步研究光子晶体光纤的模式特性、色散特性、偏振特性等。     

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。     

利用光子晶体光纤实现10 Gb/s光传输系统宽带色散补偿

利用光子晶体光纤（PCF）,在10Gb／s光传输系统中、20nm宽带范围内完成了色散补偿传输实验,得到了很好的色散补偿效果。实验中,10Gb／s光脉冲序列经过2．163km普通单模光纤被展宽后,用26mPCF对其进行色散补偿,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。实验结果表明,PCF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。     

光子晶体光纤

光子晶体光纤在光纤的几何结构、模式特性、色散及双折射性质等方面完全不同于传统的光纤。为此介绍了光子晶体光纤的一些重要特性、制作工艺和应用前景。     

Coupling characteristics of the high-polarization dual-core photonic crystal fiber with mixing air holes

A high-polarization dual-core photonic crystal fiber (PCF) with mixing air holes is designed. The full-vector finite element method and coupled-mode theory are used to investigate the birefringence, coupling length, dispersion characteristics, normalized power and extinction ratio of this fiber. Numerical investigations demonstrate that by changing the structural parameters of the fiber, the birefringence is up to 1.48×10-2 at 1.55 μm, the coupling lengths are 79 μm and 94 μm for x-polarized and y-polarized modes, the fiber has two zero dispersion points, and the dispersion is very flat at the ultra-wide waveband scope from 0.7 μm to 1.7 μm.     

光子晶体光纤的原理及其应用的研究

光子晶体光纤具有与传统光纤完全不同的几何结构、导光机制、模式特性、色散以及双折射性质。本文简述了光子晶体光纤的一些重要特性及其应用。     

Thermal distribution analysis of multi-core photonic crystal fiber laser

The thermal properties of photonic crystal fiber(PCF) laser with 18 circularly distributed cores are investigated by using full-vector finite element method(FEM).The results show that the 18-core PCF has a more effective thermal dispersion construction compared with the single core PCF and 19-core PCF.In addition,the temperature distribution of 18-core PCF laser with different thermal loads is simulated.The results show that the core temperature approaches the fiber drawing value of 1800 K approximately when the thermal load is above 80 W/m which corresponds to the pumping power of 600 W approximately,while the coating temperature approaches the damage value of about 550 K when the thermal load is above 15 W/m which corresponds to the pumping power of 110 W approximately.Therefore the fiber cooling is necessary to achieve power scaling.Compared with other different cooling systems,the copper cooling scheme is found to be an effective method to reduce the thermal effects.     

Analysis of modal characteristics and thermal effects on photonic crystal fiber laser

In this paper, thermo-optics effects on fiber lasers based on index-guiding photonic crystal fibers (PCFs) are studied. The modal characteristics of the PCF lasers are discussed in terms of the thermal effects. Modal analysis of PCF has been done with help of plane wave expansion and supercell lattice methods. The thermal analysis is performed by obtaining the effective index of fundamental mode and core confinement factor (CCF) when the fiber laser was pumped. The results show that PCF laser structure has negligible modal sensitivity to thermal load in comparison to conventional fiber laser. Analyzing the mode performance of the fiber laser under thermal load shows that the assumed PCF laser at 80 W/m pump power show ∼500° rise in temperature and 0.34% propagation constant variation in fundamental mode index and 0.04% CCF variation in fundamental mode.     

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。     

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。     

A single-polarization optical fiber of hollow pit type with zerototal dispersion at wavelength of 1.55 μm

This paper gives a design method for the single-polarization optical fiber which satisfies simultaneously the wide single-polarization bandwidth, the large modal birefringence, and the zero total dispersion at the wavelength of 1.55 μm. As a type of single-polarization fiber, the optical fiber with two hollow circular pits across the core-clad interface is proposed and designed. The normalized power (=Δ the power in the core/the total power) in the core is also evaluated for the designed fibers. It was found from the numerical analysis that when the zero total dispersion is satisfied at the wavelength of 1.55 μm, the maximum modal birefringence of 1.133×10^-3 and the maximum single-polarization bandwidth of 100.6 nm are attained for the relative index difference of 1.6%. Then the normalized power in the core is 0.859