基于三芯光纤的波分解复用器的研究

本文设计了基于常规线型排列三芯光纤的新型波分解复用器,比起基于多芯的光子晶体光纤的波分解复用器,该波分解复用器有着容易制作,且易于与常规光纤对接的优点。由耦合理论可知,对于两个失配的平行光波导,两波导的模式耦合是不完全的。通过设计使两个非对称平行光波导在某波长上传播常数匹配,此时两个波导就可完全耦合,从而实现滤波。通过选择合适的光纤长度,使得在光纤的输出端,不同波长的光从不同的波导端口输出,实现波分解复用的功能。本文利用全矢量光束传播法仿真发现,在1cm处可以实现波长1.31um和1.55um光的解复用。     

基于选择填充光子晶体光纤的二维弯曲矢量传感器设计

利用模式耦合理论和有限元求解方法,研究了基于选择填充光子晶体光纤(PCF)的耦合器对弯曲的响应。引入等效折射率(RI),将弯曲波导简化为直波导,仿真确定耦合波长并分析器件弯曲传感性能。研究表明,耦合波长的移动与弯曲曲率呈线性关系,并指示弯曲方向;耦合波长由填充液体折射率和空气孔直径决定;弯曲灵敏度取决于填充孔与纤芯距离。利用此规律,设计了基于选择填充PCF的二维弯曲矢量传感器。在PCF截面上选择相互正交的2个空气孔,分别填充不同折射率液体,2条液体波导各自与纤芯形成耦合器,监测2个耦合波长变化即可求解器件的弯曲曲率及在二维空间中的弯曲方向。该传感器具有良好的设计柔性与制备可控性,具有良好的应用前景。     

基于正三角型三芯光纤的波分解复用器

设计了基于正三角排列三芯光纤的新型波分解复用器,比起基于多芯光子晶体光纤的波分解复用器,该波分解复用器有着容易制作、且易于与常规光纤对接的优点。通过设计使两个非对称平行纤芯在某波长处的传播常数(或有效折射率)匹配,此时两个纤芯就可完全耦合,从而实现滤波。通过选择合适的光纤长度,使得在光纤的输出端,不同波长的光从不同的纤芯端口输出,从而实现波分解复用的功能。利用全矢量光束传播法仿真发现,长度为10.25 mm的正三角排列三芯光纤可以实现波长为1.31μm和1.55μm光波的解复用。     

MMI型1.31／1.55umGaAs波分复用／解复用器的研制

利用多模波导的自镜像原理,分析设计了一种能直接与单模光纤相耦合的具有最小循环比的1031/1.55um波长的GaAs/G aAlAs波分复用／解复用器。该器件的输入、输出单模波导和SIE多模波导采用离散谱折射率法进行了优化设计,最后获得了当输入、输出单模波导宽为3um、SIE多模波导宽度和最佳耦合长度分别为18um和5602.8um时,该器件的1.31um和1.55um两个波长的隔离度均在70dB以上,且传输损耗小于0.1 dB.     

对称纤芯-包层光子晶体光纤的耦合特性

提出了一种新型对称纤芯-包层结构的光子晶体光纤,其截面由两组沿截面中心完全对称的纤芯-包层结构组成。对一组纤芯-包层结构的所有空气孔进行填充乙醇液体,利用填充液折射率的温度敏感性,来调制两纤芯之间的耦合特性。采用有限元法数值分析了该型光纤双芯不同结构参数及-20~70 ℃之间温度变化时的耦合特性。结果显示该型光纤双芯之间的耦合对温度具有高度敏感度,具有极短的耦合长度,在波长为1550 nm处耦合长度仅为55.00 μm,且可实现超短长度、高消光比偏振分束特性,长度为198 μm时消光比达到84.45 dB。该型光纤可以制作成性能很好的温度传感器和偏振分束器。     

MMI型1.31/1.55 μm GaAs波分复用/解复用器的研制

利用多模波导的自镜像原理,分析设计了一种能直接与单模光纤相耦合的具有最小循环比的1.31/1.55 μm波长的GaAs/GaAlAs波分复用/解复用器。该器件的输入、输出单模波导和SIE多模波导采用离散谱折射率法进行优化设计,最后获得了当输入、输出单模波导宽为3 μm、SIE多模波导宽度和最佳耦合长度分别为18 μm和5 602.8 μm时,该器件对1.31 μm和1.55 μm两个波长的隔离度均在70 dB以上,且传输损耗小于0.1 dB。     

双芯光子晶体光纤温度传感特性的研究

设计了一种双芯光子晶体光纤(PCF),并在其两个纤芯中填充混合热敏液体,采用全矢量有限元法和光纤模式耦合理论,研究了温度对填充后PCF的有效折射率、双折射、耦合长度以及限制损耗的影响。研究表明,参量对温度比较敏感,且PCF双折射达到10-3数量级。     

基于多模细锥级联的MZI液体折射率传感器

基于Mach-Zehnder干涉仪原理,结合光纤熔锥技术,设计并制作了一种结构为细锥-多模-细锥的液体折射率传感器。光经第一个多模细锥节点时,将在后面的多模光纤的纤芯和包层中激发出纤芯模和包层模,不同的模式有不同的模式折射率;再经中间多模光纤部分传输时,不同模式光之间将产生光程差;最后在第二个多模细锥节点处耦合而干涉。对该传感器输出干涉光谱中干涉谷波长随外界溶液折射率变化的规律进行了理论分析和实验研究。实验结果表明,溶液折射率变化范围为1.379~1.402时,干涉谱中1 566.68 nm附近的干涉谷波长与溶液折射率有单调递增的变化关系,对应的灵敏度为783 nm/RIU。该传感器制作简单、结构紧凑、成本低、灵敏度高,在生物医学领域有较好的应用前景。     

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。     

基于谐振耦合现象的三芯光子晶体光纤偏振分束器

设计了一种三芯光子晶体光纤(PCFs)偏振分柬器.利用光纤的谐振现象,实现了偏振状态的分离.当三芯光子晶体光纤中三个超模式的模式折射率满足一定条件时,将产生谐振现象.通过选择合适的光纤结构参数,可使某一偏振方向的光接近谐振条件,而另一偏振方向的光远离谐振条件.在光纤的输出端,由于耦合的程度不同,两个偏振光的功率集中在不同的纤芯区,从而达到分离偏振光的目的.应用有限元法(FEM)计算了三芯光子晶体光纤中的模式折射率,选择了合适的光纤结构参数.应用全矢量光束传播法(BPM)分析了这种光纤偏振分束器的性能.结果表明,在1.55 μm工作波长上,长度为1.039 mm的光纤即能实现偏振状态的隔离,隔离度达到-36.98 dB,隔离度<-11 dB的带宽可达到24 nm.     

A Novel WDM Component Based on a Three-Core Photonic Crystal Fiber

A novel 1.31/1.55 $mu$ m wavelength-division demultiplexer based on a three-core photonic crystal fiber is proposed. The fiber is composed of a large central core and two up-doped cores with different core sizes. The large core is realized by the omission of seven airholes and the insertion of a down-doped rod in the center of fiber. The effective indexes of the two small cores are index matched with the large core at the wavelength of 1.31 and 1.55 $mu$m, respectively. Therefore, wavelength dependent coupling is realized in the three-core optical fiber. Numerical investigation demonstrates that crosstalk lower than ${-}30$ dB and polarization-dependent loss lower than 0.1 dB can be realized in one such fiber with a length of 22 mm.      

一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器的设计

提出了一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器,三个纤芯包括两个相同的单模纤芯和一个少模纤芯,在少模纤芯中写入长周期光纤光栅以实现单模纤芯中LP01模与少模纤芯中LP11模间的转换。同时从两个单模纤芯输入LP01模,能激发少模纤芯中两个简并的LP11,a模和LP11,b模。采用光束传播法分析了该模式复用器/解复用器的耦合特性及串扰。数值模拟结果显示,若以少模纤芯中LP11模输出能量大于-1dB的波长范围作为该模式复用器/解复用器的工作带宽,则能够达到23nm,并且少模纤芯中生成的其他模式的输出能量皆比LP11模的输出能量小-21dB以上。该模式复用器/解复用器能够实现对少模光纤的模式复用与解复用,并具有极低的串扰。     

液晶光子晶体光纤电场传感的模式特性

光子晶体光纤(PCF)的导光特性可通过改变空气孔的结构参数(孔径、间距和排列方式)、材料填充等方法进行调节。由于自身具有电可调性,液晶作为PCF的填充材料具有很大的研究价值,可以用于制作电可调PCF。利用有限元法分析了液晶(E7)填充的光子晶体光纤的基模有效折射率、有效模场面积等参量随占空比、外电场的变化关系,得到了不同占空比下基模的截止电压和一定电压下基模的截止波长。结果表明光子晶体光纤的电压可调范围随占空比增大而增大;占空比一定时,电压越大,波长可调范围越小。这种液晶填充的光子晶体光纤可以应用于电场传感等领域。     

零模间色散双空芯光子晶体光纤

分析了双空芯光子晶体光纤(HC-PCF)在纤芯填充液态高折射率温敏物质后的传输特性,应用全矢量有限元法(FEM)研究温度均匀变化时光纤耦合特性、模间色散特性的变化规律。结果表明,在特定温度下,耦合特性随传输波长的增大呈现出先减弱、后增强的变化趋势,且光纤的模间色散存在过零点。通过调节温度或占空比,可以在1.31μm和1.55μm两个常用通信波段内实现零模间色散传输,由此能够完全消除模式间相位不匹配导致的脉冲失真,实现能量的完全交换。     

Coupler type multi/demultiplexer composed of different parameter fibres

A new type of coupler, a 1.31/1.55 mu m wavelength multi/demultiplexer composed of different parameter fibres, has been fabricated. The maximum coupling ratio of 97% with an excess loss of 0.6 dB was obtained at 1.3 mu m wavelength by using Delta =0.3 and 1.8% step index core single-mode fibres.<>     

Analysis of a tunable multichannel two-mode-interferencewavelength-division-multiplexer/demultiplexer

An integrated optical multichannel wavelength-division multiplexer/demultiplexer for a single-mode fiber system is investigated by the beam propagation method (BPM). Important wavelength characteristics of dual-channel two-mode-interference (TMI) multiplexer/demultiplexer waveguide with and without electrode are studied and general design guidelines for realizing multichannel multiplexer/demultiplexer are given. Design and simulation of four-channel TMI multiplexer/demultiplexer are discussed     

Polarization-dependent coupling in twin-core photonic crystal fibers

The polarization dependence of light coupling in photonic crystal fibers (PCFs) with sixfold symmetric dual cores and highly birefringent dual cores are numerically investigated. The characteristics of PCF-based couplers, such as coupling length, extinction ratio and form birefringence, are examined as functions of the air-hole size and pitch. The silica bridges between air holes take an important role in the energy transfer across the two cores. We believe that the mechanism of light coupling in PCF-based couplers is different from that of conventional waveguide couplers. The polarization dependent coupling can be reduced by adjusting the air holes around the cores of PCFs. On the other hand, the polarization dependent coupling can be enhanced by introducing high birefringence in the two cores.