光子晶体光纤与普通单模光纤之间耦合损耗的理论分析

利用有效折射率模型对光子晶体光纤与普通单模光纤的耦合损耗进行了理论分析,得到了耦合损耗与光子晶体光纤结构参量、波长之间的依赖关系,确定了取得最优耦合的光子晶体光纤的结构参量。     

高非线性光子晶体光纤接续损耗的数值研究

为了从理论上求解光子晶体光纤的接续损耗问题,采用全矢量模型,计算了全反射式光子晶体光纤、高非线性光子晶体光纤的模场半径,给出了模场半径随空气孔间距、空气孔半径以及掺杂比例的变化关系,并在此基础上分析计算了光子晶体光纤与普通单模光纤的接续损耗,得到了理论上零损耗时的光子晶体光纤的模场半径。结果表明,模场失配是高非线性光子晶体光纤与普通单模光纤以及与一般全反射式光子晶体光纤接续损耗的最主要因素,合理的设计有望实现模场匹配,将接续损耗降到最小程度。     

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。     

光子晶体光纤的归一化频率参量及模式特性研究

分析了光子晶体光纤（PCF）中的归一化频率参量（y）,计算出了模式分离时的归一化频率参量值,分析了模式分离时归一化波长（λ／Λ）与相对孔径（d／Λ）的关系,研究了归一化频率参量与光子晶体光纤有效面积（Aeff）和模式场半径（wPCF）之间关系以及与有效面积相关的特性。     

高非线性光子晶体光纤与单模光纤低损耗熔接实验

在理论分析基础上,采用常规电弧放电熔接技术,在1550 nm波段对高非线性光子晶体光纤(PCF)与单模光纤(SMF)的熔接损耗机制进行了实验研究,指出模场失配是造成两者直接熔接损耗的主要因素;而熔接过程中因放电电流过大或放电时间过长所导致的光子晶体光纤的包层气孔形变以致塌陷,会引起超过10 dB的附加损耗。采用过渡光纤有效地缓解了两种光纤模场的失配;通过优化放电参数,有效地避免了光子晶体光纤包层气孔的塌陷,实现了高非线性光子晶体光纤和单模光纤的低损耗(<1 dB)熔接。     

光子晶体光纤的温度特性数值模拟

提出了基于二阶透明边界条件(2nd TBC)的二维矢量伽辽金有限元法(FEM),并用其对任意横截面形状和折射率分布的光纤进行了模式分析。二阶透明边界条件与一阶透明边界条件(1st TBC)相比,提高了光纤模式限制损耗(CL)的精度,与多极法(MM)计算结果的相对误差在10%以内。对单模光子晶体光纤(PCF)温度特性进行了数值模拟,得出光子晶体光纤有效折射率neff,有效半径Reff和限制损耗随温度变化的近似公式,研究表明当折射率温度系数ξ在所研究的波长和温度范围内变化不剧烈时neff随温度升高线性增加,增加量与波长λ,光子晶体光纤空气孔直径d和孔距Λ无关;温度变化对光子晶体光纤色散特性无影响;Reff随温度升高线性减小,减小量与ξ,温度增量ΔT,Λ2,λ2成正比,与d成反比;限制损耗随温度升高线性减小,减少量与ξ,ΔT,限制损耗成正比,在大d/Λ,长波长处限制损耗随温度变化较快。     

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.     

一种金填充高双折射光子晶体光纤偏振滤波器

为了获得具有对称性结构的金填充高双折射光子晶体光纤,采用有限元方法对光纤的纤芯基模、金属表面等离子体激元的色散和损耗特性进行了分析。改变包层晶格节距、纤芯周围气孔直径以及填充金丝直径能够灵活地调节纤芯基模与等离子体激元之间共振响应波长点的位置和耦合强度。通过对光纤结构参量的优化,获得了一种基于通信波段的偏振滤波器。当特定空气孔数值孔径确定后,在1.55m处, x方向基模损耗可以达到473dB/cm,而y方向基模几乎不会受到等离子体激元的干扰。结果表明,与单偏振单模光子晶体光纤相比,新设计的光纤结构可以通过调节金丝直径大小,选择性地滤掉某一偏振方向的光,从而达到在通信波段滤波的效果。该研究对研制基于通信波段的偏振滤波器具有一定的参考意义。     

高非线性光子晶体光纤非线性系数的分析

文章采用全矢量有限元法(FVFEM)对不同结构参数的光子晶体光纤(PCF)进行数值分析,得出了基模模场分布,进而计算出高非线性PCF非线性特性的两个重要的基本物理量:有效面积Aeff和非线性系数γ,并分析了Aeff和γ与PCF的结构参数空气孔直径d和空气孔间距Λ之间的关系.     

普通光纤与小芯径实芯光子晶体光纤的塌孔熔接技术

光子晶体光纤(PCF)和普通光纤的熔接损耗主要来源于两光纤模场直径(MFD)的失配。提出了一种小芯径光子晶体光纤和大模场直径普通光纤低损耗熔接的方法。利用熔融拉锥机加热光子晶体光纤来精确控制光子晶体光纤的空气孔塌缩,以增加光子晶体光纤的模场直径,从而降低其与大模场直径普通光纤的熔接损耗。实现了模场直径为3.94μm的光子晶体光纤和模场直径为10.4μm普通光纤的低损耗熔接,最低损耗小于0.2 dB。     

用于宽带偏振无关耦合器的双芯光子晶体光纤

提出一种可用于宽带偏振无关光定向耦合器的新型双芯光子晶体光纤(PCF),利用全矢量有限元方法分析了光纤结构参数对其光学特性的影响,得到了一组优化的双芯PCF结构参数,满足易于制作、易于接续和接续损耗低等应用要求,在此基础上对光纤结构进行了改进,进一步降低了制作难度,基于该光纤可以设计出在1.26～1.625μm范围内分光比误差小于1%、两偏振态分光比误差小于0.2%的50:50耦合器,并在现有实验条件下,试制了近似结构的双芯PCF。     

980/1 550保偏光纤波分复用器

从耦合模理论出发,分析了980／1550熔融拉锥（FBT）型保偏光纤（PMF）波分复用器（WDM）的工作原理,设计了WDM的制作方法。在FBT台上,通过控制火焰的温度和宽度以及拉伸速度,有效控制WDM的拉伸长度和耦合区结构,用1550nm的PMF和H11060单模光纤（SMF）成功研制了高性能的980／1550PMFWDM。测试结果表明：在1550nm波长上,该WDM具有0．2dB的插入损耗、32dB的隔离度和22．8dB的消光比偏振特性;在980nm波长上,具有0．2dB的插入损耗、14_8dB的隔离度。该器件除了具有SMFWDM的特性外,1550nm端口还具有偏振保持特性,它将促进PMF激光器和放大器快速发展。     

基于FEM的单颗磨粒切削光子晶体光纤端面仿真研究

光子晶体光纤端面研磨过程中存在着大量磨粒切削光纤包层的空气孔壁.将这一过程简化为单颗磨粒切削单孔壁,并应用有限元法(FEM)建立了数值仿真模型.分析了裂纹损伤产生的机理,以及不同切削深度和磨粒尖端半径对加工结果的影响.仿真结果表明:切削过程中,孔壁边缘容易出现沿圆周分布的崩塌区域;切削力和边缘崩塌区域随切削深度和磨粒尖端半径的增加而增加;该光子晶体光纤孔壁边缘无崩塌的最大切削深度约为20 nm.该方法对光子晶体光纤端面加工及耦合应用的研究具有重要意义.     

高双折射光子晶体光纤的偏振特性研究

基于超格子构造法，采用全矢量模型研究具有中心缺陷孔的椭圆孔光子晶体光纤(EHPCF)的偏振特性。研究表明，与相同结构参量的椭圆孔光子晶体光纤相比，具有中心缺陷孔的椭圆孔光子晶体光纤具有更大的模式双折射和走离参数。双折射、走离参数与频率的依赖关系与普通保偏光纤存在很大差别。走离参数在低频区出现零走离点，这为在该光纤中既保持高双折射又实现零走离单模运转提供了可能。适量增加中心缺陷孔，包层椭圆孔的椭圆率及面积可以获得高的双折射和大的走离参数。     

高双折射高非线性低损耗八边形光子晶体光纤特性

为了同时实现高双折射高非线性并得到低损耗,设计一种在光纤纤芯附近引入椭圆形空气孔和圆形空气孔组成的新型优化的八边形光子晶体光纤。采用全矢量有限元法结合各向异性完美匹配层,对该光纤的有效面积、非线性、双折射和损耗特性进行了模拟分析。数值模拟结果表明,通过选择适当的结构参数,在波长1.55 m处,该光纤具有高双折射高达B=1.6810-2,比普通光纤高两个数量级,高非线性系数为=60 W-1km-1和低损为0.6 dB/km。这种具有高双折射高非线性系数的光纤可用于光通信、偏振敏感的各种设备和产生超连续普等领域。     

光子晶体光纤的设计与应用研究综述

光子晶体光纤具有较强的可设计性,一般通过改变光子晶体光纤包层中空气孔的大小、形状或者排列方式对光纤的传输特性进行调节,以此实现高双折射、高非线性、平坦色散及低限制性损耗等特性。光子晶体光纤的传输特性在不同领域中具有较大的应用价值,如分布式传感、飞秒激光器和气体传感器等。文章首先介绍了光子晶体光纤的结构特征以及与普通单模光纤的区别,在此基础上针对各种典型的光子晶体光纤结构分析了其色散和非线性等传输特性。详细介绍了基于光子晶体光纤的分布式光纤传感、飞秒激光器和气体传感器的传感机理以及达到的传感性能,并与非基于光子晶体光纤的传感器的传感性能进行了比较,验证了基于光子晶体光纤传感器的优异性能。最后对光子晶体光纤的发展及应用进行了总结与展望。     

低损耗光子晶体光纤的研究进展

损耗是传统光纤和光子晶体光纤得以实用化的重要参量之一,降低损耗是光子晶体光纤制备的首要问题.折射率引导型光子晶体光纤的损耗由1999年的240 dB/km降至0.28 dB/km(1550 nm波长处),光子带隙型光子晶体光纤的损耗也降低到1.2 dB/km(1620 nm波长处).在对比传统石英光纤损耗来源基础上,阐述了光子晶体光纤的损耗机理,并说明了损耗降低的主要途径.     

Designing air-core photonic-bandgap fibers free of surface modes

It is known that the coupling of core modes to surface modes in air-core photonic-bandgap fiber (PBF) can give rise to large propagation losses. Using computer simulations, we analyze the relationship between the air-core geometry and the presence or absence of the surface modes in air-core PBFs with a triangular hole pattern. We identify ranges of core radii for which the fiber supports no surface modes over the entire wavelength range of the bandgap, i.e., only core modes are present. In particular, for a hole radius /spl rho/=0.47/spl Lambda/, where /spl Lambda/ is the hole spacing, the core supports a single mode and no surface modes for core radii between 0.8/spl Lambda/ and 1.1/spl Lambda/. The absence of surface modes suggests that fibers within this range of configurations should exhibit a very low propagation loss. We also show that the existence of surface modes can be predicted quite simply from a study of the bulk modes alone, which is much simpler and faster than carrying out a full analysis of the defect modes.