高双折射全内反射光子晶体光纤的特性研究

文章应用全矢量有效折射率方法(FVEIM)对芯区具有两个椭圆小空气孔的全内反射光子晶体光纤(TIR-PCF)进行了研究.结果表明,光子晶体光纤(PCF)的芯区折射率与包层区等效折射率的差随波长的增大而增大;固定包层空气孔的相对孔径,PCF基模的两个正交偏振态简并被打破,呈现出模式高双折射;随着芯区小空气孔椭圆率变大,模式双折射增大,PCF的总色散曲线变平坦.     

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.     

光子晶体光纤的色散特性分析

采用有效折射率模型分析了光子晶体光纤的色散特性，并给出了无限大空气玻璃微结构中基模的本征方程。分析结果表明光子晶体光纤具有奇异的色散特性，能在极大的波长范围内支持单模传输，在单模工作时可以具有反常波导色散。同时通过调整光子晶体光纤的结构参数(包括空气孔径和孔间距)可以移动零色散点的位置。最后讨论了大空气孔光子晶体光纤的特性及其在色散补偿中的应用。     

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.     

基于液晶填充的全内反射型光子晶体光纤的温度传感特性

在实心光子晶体光纤包层的空气柱中填充向列相液晶,选用液晶的折射率在所研究的温度和波长范围内小于光纤背景玻璃的折射率,形成全内反射型光子晶体光纤.采用空间填充基模折射率法求得填充液晶包层的有效折射率,用阶跃有效折射率模型研究了液晶填充光子晶体光纤的温度传感特性,并进行了数值计算.结果表明,液晶填充全内反射型光子晶体光纤的有效折射率和等效芯半径随温度升高而增大,在温度接近液晶相变点附近增大更快,二阶模截止波长随温度升高而减小,在温度接近液晶相变点附近减小更快.     

用等效折射率法分析PCF的无尽单模特性

阐述了等效折射率方法,利用矢量波动方程分析了光子晶体光纤(PCF)包层空间填充基模的传播常数,有效折射率与波长的关系,并计算了纤芯缺陷分别为1孔,3孔,7孔时光纤的归一化频率.通过对归一化频率的分析,得出不同占空比时,光纤的无尽单模区、单模区与多模区的特性变化.这对设计单模大模场PCF提供了重要的参考.最后,对等效折射率模型做了进一步总结,介绍了其应用优点和局限.     

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.     

光子晶体光纤分析及其在超连续谱中的应用

通过非线性效应，脉冲激光光谱可以大为扩展，得到应用价值很高的超连续谱（SC），借助光子晶体光纤(PCF)，能方便地产生这种非线性效应。研究了光子晶体光纤的包层等效折射率、归一化频率与PCF结构参数之间的关系,这是PCF实现无尽单模传输的原因。通过类似于阶跃折射率型光纤的理论,得到了光子晶体光纤的折射率和色散的计算模型。依据此模型所做的模拟结果表明,脉冲激光光谱有显著展宽。     

氢氟酸填充腐蚀方法在光子晶体光纤制造中的应用

提出一种研制光子晶体光纤(PCF)的氢氟酸填充腐蚀新方法.该方法将氢氟酸填充于已拉制的光子晶体光纤空气孔中,通过改变其横截面结构,研制具有特定结构的光子晶体光纤,改变其导光性能.研究表明,随着对光子晶体光纤空气孔腐蚀程度的加深,其泄露损耗和散射损耗不断减小,非线性系数明显提高,纤芯基模的有效折射率和包层的等效折射率相应减小,群速度色散也随之改变.     

1.55 μm处具有宽带平坦色散的光子晶体光纤设计

从光子晶体光纤(PCF)的包层基模理论出发,采用全矢量有效折射率方法对在光纤通信窗口1.55 μm附近具有宽带平坦色散特性的PCF进行了数值模拟.将PCF的总色散分为材料色散和波导色散2部分进行计算,并利用波导色散的归一化性质即可设计在1.55 μm波段具有×102甚至数×102 nm带宽的宽带平坦正常、反常或零色散特性的PCF.     

Dispersion Properties in Total Internal Reflective Photonic Crystal Fiber

The dispersion properties in the short wavelength region of total internal reflective photonic crystal fiber have been studied by using the models of the equivalent twin waveguide soliton coupling, effective refractive index，effective normalized frequency and dispersion management solitons. It is shown that the dispersion in the cladding waveguide of the total internal reflective photonic crystal fiber is a positive dispersion，and the dispersion of its core waveguide is a negative dispersion. The method of the compensated probing laser diffraction by the phase hole induced by the stationary pumping laser in the cladding waveguide enables the average dispersion value of the total internal reflective photonic crystal fiber to be close to zero and the zero dispersion point to shift to the short wavelength region.     

高非线性高双折射光子晶体光纤特性的理论研究

基于全矢量有限元法,设计了一种新型零色散波长为1550 nm的高非线性双折射光子晶体光纤(PCF),并分析了PCF的有效折射率、有效模面积、双折射、非线性系数以及色散特性。数值结果表明,当光纤包层孔间距Λ为1.6 μm,大空气孔直径d1为1.4 μm,小空气孔直径d2为0.74 μm和0.76 μm时,光纤的零色散波长都在1550 nm处,该PCF的双折射为4.049×10-3,非线性系数可达28.4 km-1·W-1。这种高非线性高双折射PCF,在1550 nm通信波段具有非常广泛的应用前景。     

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。     

用等效经验关系法研究光子晶体光纤的非线性

运用具有三角形孔格子结构的光子晶体光纤(PCF)的近似经验关系与等效折射率模型相结合的方法来研究PCF的非线性。总结更为简捷的经验关系式进行计算,避开复杂的全矢量计算,得到了PCF基模和空间填充基模的有效折射率。利用等效折射率模型,以传统的阶跃光纤等效替代PCF,以光纤的数值孔径作为两个模型的关联点,得到了PCF的有效纤芯面积的简洁表达式。并在此基础上全面讨论了PCF的非线性与其结构参数及材料参数之间的关系,得到了与实际材料非线性相吻合的结论。     

Effect of the structural parameters of photonic crystal fibers on propagation characteristics

Using a full-vector finite-difference time-domain (FDTD) method, this article explores the propagation characteristics of photonic crystal fiber (PCF) theoretically. The dependence of structural parameters on the effective index of the fundamental guided mode, effective index of the fundamental cladding mode, mode field diameter, confinement loss, effective mode area, and chromatic dispersion in PCF have been studied, respectively. The research presents a reference for designing of PCF with a specific purpose.     

具有混合形状空气孔的OAM传输光纤设计研究

本文提出了一种新型轨道角动量模(OAM)传输的光子晶体光纤(PCF)结构,该光纤由最中心空气孔、高折射率环形层和外包层构成,其中外包层由一圈椭圆形空气孔和多圈呈周期排列的扇形空气孔共同组成,无需通过额外的掺杂,就可以使中心空气孔和外包层空气孔之间形成一个用来传输OAM光束的等效高折射率环形区。通过对该PCF的传输特性进行仿真分析,发现在1.55μm处,各模式的限制损耗维持在10^-6 dB/m-10^-10 dB/m,在C波段的色散值均维持在310 ps/(nm×km)以下,HE2,1模在1.55μm-1.6μm波段内的色散变化为3.1 ps/(nm×km)。在1.55μm处最大的Δnneff能够达到4.83×10^-3,大的有效折射率差可有效地抑制了模式间的简并,避免HE模和EH模耦合成LP模。验证了该光纤具有大带宽、小而平坦色散、大有效折射率差、低限制损耗和低非线性系数等优良性能。在1.25μm-2.0μm波段内共可以支持34个OAM模式的有效传输,每个模态都可作为独立的信道传递信息,适合用于大量数据的传输,大幅提高了光通信的系统容量和频谱效率。     

基于有限元光子晶体光纤的模场与色散分析

为了获得超平坦色散特性,且有较大的模场面积和较小的限制损耗,从麦克斯韦方程组出发,采用有限元法,在考虑到纯石英材料自身色散的前提下,进行了相应的理论分析,计算得到了光子晶体光纤的模场分布、基模有效折射率和色散系数等参量关系,可知光纤色散值的变化在±1.0ps·km-1·nm-1以内,模场面积都大于40μm2,限制损耗小于0.2dB/km.结果表明,调节空气孔直径和包层空气孔间距的大小,改变介质的填充比,可以有效地控制光子晶体光纤的色散与模场面积.