非通视方位传递系统中保偏光纤分析

根据非通视方位传递系统对保偏光纤双折射的设计要求,重点分析了不同类型保偏光纤参数对双折射的影响。首先,从光纤应力应变、变分原理和应力光弹效应出发,推导建立保偏光纤应力光学耦合关系;然后,借助有限元分析软件研究了不同因素对保偏光纤双折射值的影响,并对两种保偏光纤（熊猫型保偏光纤和领结型保偏光纤）进行了对比分析。结果表明:在纤芯中心附近,减小纤芯与应力区的距离、增大应力区半径大小、固定纤芯尺寸时增大包层半径、提高保偏光纤参考温度等措施都能明显提高双折射值。同等条件下领结型保偏光纤产生的双折射值更大。研究成果能够为非通视方位传递系统中保偏光纤的设计选型提供一定的参考。     

保偏光纤的应力双折射与结构优化

简单介绍了保偏光纤的应力双折射,并着重介绍了应用有限元法对"一"字型与熊猫型结构保偏光纤的应力双折射的对比分析.分析结果表明,对"一"字型而言,纤芯区的双折射在一定范围内随应力区的长度及宽度加大而增大;在相同剖面结构参数条件下,"一"字型光纤应力区对双折射的贡献约为熊猫型光纤的1.3倍;无论是何种结构的保偏光纤,缩小应力区与纤芯之间的距离是增大纤芯区双折射更为有效的途径.同时对保偏光纤结构优化的趋势进行了展望.     

应力双折射光纤的积分计算方法与优化设计

研究了任意形状应力区的光纤在纤芯中心处的应力场分布和双折射大小计算方法,并对领结光纤进行了优化设计。采用COMSOL Multiphysics软件中的固体力学模块,研究了相同应力区面积、不同形状的应力型光纤在纤芯中心处的应力场大小。结果表明,软件仿真值与运用微元应力积分公式计算得到的结果一致。因此对于任意形状应力区光纤在纤芯中心处的应力场分布与双折射可以直接运用解析公式求解。通过对相同应力区面积的不同类型光纤的应力微元分析,发现领结光纤在纤芯处的双折射并非最大,这与惯常认为的领结光纤双折射最大的结论相反。由此,对领结光纤重新进行了优化设计,得到了具有更大双折射的"月牙形"光纤。     

类矩形保偏光纤应力双折射分析

采用有限元方法对“类矩形”保偏光纤的应力双折射进行了分析,给出了保偏光纤横截面上的应力分布图形及应力双折射分布曲线;应用全矢量电磁场有限元方法,计算了保偏光纤的两个偏振模场的分布、传输常数及模式双折射.在给定模拟条件下,纤芯的应力双折射约为 3. 33×10-4,其模式双折射约为 3. 72×10-4.计算结果表明,这种“类矩形”保偏光纤与其它保偏光纤相比,有几个明显的优点,即有更佳的应力传递效果、均匀的应力场分布、更大的应力双折射.     

“一”字型保偏光纤热应力致双折射分析

采用实验观测与理论模拟相结合的方法对“一”字型保偏光纤进行了研究。对保偏光纤的应力区与芯区的形状进行了观测,获得了它们的实际几何形状。在此基础上运用有限元方法分析了“一”字型保偏光纤内的热应力分布,解释了光纤芯区形变的原因,得到了由于热应力引起的光纤横截面的双折射的分布,并与相同应力区厚度的熊猫型保偏光纤进行了对比。实验结果表明,“一”字型保偏光纤采用熊猫型保偏光纤1/5的应力区面积便能获得较高的应力双折射。同时,通过研究径向压应力与温度变化对“一”字型保偏光纤应力双折射的影响,得到了光纤能稳定工作的压应力与温度环境。     

熊猫光纤制作的新方法和应力双折射的研究

提出了一种制作偏振保持光纤(PMF)的预制棒侧向开槽法,制作了波长1550 nm处双折射为7.75×10-5的边孔光纤和双折射为5.345×10-4的单模熊猫光纤.用有限元法分析熊猫光纤应力分布表明,掺B应力施加区(SAP)的引入使得光纤横截面上出现了应力分量的拉应力区和压应力区;在纤芯以及其附近区域应力的x分量取正值,y分量取负值,造成了大应力差;SAP距离纤芯越近,双折射越大,距离一定时,对纤芯中心张角为90°时双折射最大.     

高双折射单模光纤折射率的测量

一、前言 高双折射单模光纤是一种重要的保偏光纤,它可以在长距离内保持光线传播的偏振状态,因而可用于相干光通信及相位型光纤传感器中作为传输介质。本文用干涉显微镜法测量了高双折射单模光纤的折射率分布,给出了两个方向的折射粼差△n,,所用的样品为北京玻璃研究所研制的新型光纤,光纤结构采用领结型,结构如图1所示。由图可以看到在光纤垂直方向制造高应力区,从垂直方向对光纤芯施加应力,     

应力光纤双折射的应力微元分析方法

提出了一种计算任意形状应力区的光纤在纤芯处的应力场分布和双折射大小的应力微元积分计算方法。采用COMSOL Multiphysics软件中的固体力学模块,研究了矩形、方形、三角形、圆等不同形状微元应力区光纤在纤芯处应力场和双折射的大小。结果表明,应力微元面积相同时,其在纤芯处引起的应力大小及其双折射与应力微元的形状、放置方向无关,只与应力微元到纤芯的距离有关。当应力微元与纤芯距离较近时,应力大小和双折射与距离近似呈平方反比关系。该结果验证了应力微元分析方法的正确性和可行性。因此对应力微元进行积分,即可得到任意形状应力区光纤在纤芯处的应力场分布与双折射。     

"1"字型保偏光纤的结构设计及其制备

保偏光纤是利用高双折射光纤的特性,使两个偏振模在传输过程中不易耦合,维持偏振态的稳定.目前一般通过应力致偏的方法使光纤纤芯内产生高的双折射,这种高双折射主要是由于光纤内不同材料的线膨胀系数差产生的内应力而形成,其机理满足应力-光弹效应,因而对应力致偏型高双折射保偏光纤的结构设计提出较高的要求.对新型"1"字型细径保偏光纤的结构设计及工艺制备方法进行了详细阐述.     

圆芯边孔光纤模式场分布和双折射的研究

对圆芯边孔光纤双折射的研究结果进行报道.使用有限元方法建立了包括计算圆芯边孔光纤横截面应力分布、折射率分布和双折射的模型,计算了圆芯边孔光纤的模式场分布、几何双折射和应力致双折射.研究表明,圆芯边孔光纤的应力致双折射很小,这是圆芯边孔光纤自身的特殊结构造成的.比较了几种不同边孔形状的光纤的双折射,提出了圆芯边孔光纤的优化结构.     

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.     

General solutions for stress-induced polarization in optical fibers

General solutions of thermal stresses and material birefringence in polarization-maintaining optical fibers are presented. The solutions give the stresses and birefringence at every point in the cross section of various fibers. The fundamental solution of the stress field is constructed by using the complex variable method in elasticity. When the cores, inner claddings, or stress-inducing regions are ellipses, circles, or bow-tie shapes, exact closed-form solutions can be found. The average core birefringence and center core birefringence of elliptical core, elliptical cladding, twin core, Panda, and bow-tie fibers are calculated and compared. Among these fibers, the bow-tie fiber shows the highest birefringence     

椭圆孔六角点阵聚合物光子晶体光纤的偏振特性研究

基于全矢量平面波方法,以聚甲基丙烯酸甲酯为基材,设计了一种高双折射光子晶体光纤,并对其传输性质和偏振特性进行了数值模拟。结果表明,椭圆孔六角点阵聚合物光子晶体光纤的双折射是由于包层的不对称性引起的全局双折射,通过调节椭圆率,发现该光纤可以以单模方式在一合适波段运行,该波段与聚合物光纤的低损耗通信窗口一致。并且在 时,其双折射最高可达 。该研究结果为高双折射聚合物光子晶体保偏光纤的制备提供了理论依据。     

有中心缺陷孔的矩形点阵PCF双折射特性研究

采用全矢量有限元法研究了具有中心椭圆缺陷孔的矩形点阵PCF(光子晶体光纤)的双折射特性。结果发现,该新型PCF的双折射特性对波长和光纤的结构参数具有较强的依赖关系,与无中心椭圆缺陷孔的矩形点阵PCF相比,在中心缺陷孔参数bc/Λ=0.075、中心空气孔椭圆率η=2.2、包层结构参数Λ=2.0μm和d/Λ=0.48时,该新型PCF具有更高的双折射。     

A single-polarization fiber

We report an oPtical fiber which guides only one polarization. This fiber polarizer utilizes high modal birefringence (4.7 times 10^{-4}) to split the two polarizations of the fundamental mode and an ellipitcal depressed-index cladding to provide a steep wavelength-dependent tunneling loss to the fast axis mode. The stress-induced birefringence is created by an elliptical SiO2-B2O2inner cladding. A 4.7-m length of polarizer fiber exhibits an extinction ratio of 34 dB at a wavelength of 633 nm, with polarizing behavior over a bandwidth of 50 nm. Insertion loss of less than 1 dB has been observed for the guided linear-polarization mode. The polarizing band may be shifted from 620 to 525 nm by bending the fiber to a radius of 0.67 cm. Such fiber polarizers should find a variety of applications in fiber sensors, attenuators, isolators, wavelength filters, and tuners.     

单模光纤中椭圆双折射下偏振模色散特性研究

为了分析椭圆双折射对偏振模色散的影响,将模型中的偏振模色散(PMD)矢量及极化相关损耗(PDL)矢量设定为椭圆偏振矢量,应用保偏光纤(PMF)级联模型和蒙特卡罗仿真方法,研究在PDL影响下的PMD统计特性。研究表明,PMD和PDL矢量的椭圆偏振程度对PMD的统计分布和均值大小均会有影响;在椭圆偏振和PDL的联合影响下,PMD的统计分布为Maxwell和Gaussian分布的合分布。研究结果对偏振模色散的测试、补偿和系统设计均具有参考价值。     

Analytical method for calculation of stresses and material birefringence in polarization-maintaining optical fiber

An analytical method is presented for the calculation of 1 thermal stress and the material birefringence in polarization-maintaining 1 optical fiber. The method is based on the thermoelastic displacement c potential in which the principle of superposition applies. The method is applicable to any fiber structure. Its application to fibers with isolated stress-producing regions and a variety of core shapes is demonstrated. The optimum fiber parameters required to achieve maximum material birefringence for fibers with circular or bow-tie shaped stress regions are given. It is also shown that the thermal stresses tend to make the bow-tie fiber more crack-resistant than the fiber with circular stress lobes.     

椭圆孔微纤芯光子晶体光纤的数值模拟

提出了一种在纤芯引入四个近矩形排列的椭圆空气孔,包层空气孔呈阶梯结构的高双折射光子晶体光纤,采用全矢量有限元方法,对光纤基模的模场分布、双折射、色散、限制损耗、有效模面积及非线性系数等特性进行了数值模拟.这种设计为获得高双折射光子晶体光纤提供了一种新的方法,为改善光子晶体光纤其他性能(如色散、非线性特性)提供了一种新的...     

High birefringence photonic bandgap fiber with elliptical air holes

In this paper, we proposed a high birefringence photonic bandgap fiber (PBGF) with elliptical air holes in cladding and circular air hole in core. The forbidden gaps of the honeycomb structure are calculated when the circular air holes are deformed to the elliptical shape. And the birefringence of the PBGFs is investigated by using a full-vector finite element method (FEM) and the numerical results are presented.