侧边抛磨光纤波导传输特性的理论分析

在建立侧边抛磨光纤D型光纤边界条件的基础上,用三维有限差分光束传输法计算和分析了侧边抛磨光纤器件的光功率衰减随光纤的侧边抛磨长度、光纤侧边抛磨后剩余包层的厚度、以及填充聚合物材料折射率三个参量变化的特性.结果表明,侧边抛磨光纤器件的光功率衰减随着抛磨长度的增加而增大;当抛磨长度等于9 mm时,光功率衰减随着剩余包层厚度的增大而单调递减.而当抛磨长度大于9 mm时,剩余包层厚度小于3 μm的范围内,光衰减随着剩余包层厚度的增加出现振荡;当聚合物折射率与纤芯折射率相同时,光功率衰减最大.     

氮氧化硅/聚合物混合集成低功耗可变光衰减器

利用具有相反热光特性的氮氧化硅与聚合物材料,采用混合集成波导结构设计了一种低功耗S型可变光衰减器.该衰减器以聚合物为芯层材料,氮氧化硅为包层材料,在弯曲波导上方制作加热电极从而通过热光效应来实现可调谐的衰减功能.理论分析表明,对于1.55μm的工作波长,衰减器实现50dB的衰减仅需要3.6mW的功率.实验结果可实现0~40dB的衰减范围,相应的最大温度变化为70.4℃,器件插入损耗为5.4dB.     

热光系数与长周期光纤光栅的温度灵敏度研究

利用受温度影响的光纤的本征方程和相位匹配条件,从理论上研究了长周期光纤光栅(LPFGs)的温度响应特性,给出了LPFGs的温度灵敏度的解析表达式。对利用低模序包层模的LPFG进行了实验研究。结果表明,利用不同包层模的LPFGs具有不同的温度灵敏度。分析了光纤的材料热光系数和模的热光系数的差别。单模光纤导模的热光系数接近纤芯的材料热光系数,而包层模的热光系数比包层的材料热光系数大,模序越大,其值越大。适当调整纤芯和包层的热光系数,并选用不同的包层模,可以得到对温度灵敏或不灵敏的LPFGs。     

基于光纤腔衰荡技术的液体挥发过程监测法

提出一种基于光纤腔衰荡系统并以一小段包层腐蚀光纤作为传感头的液体挥发测量方法,同时搭建相应的实验装置进行了实验研究.从模式理论出发分析单模光纤传输模场的能量分布,并采用有限元法数值模拟光纤端面能量的分布,结果表明:包层越细的单模光纤对应越大的消光系数,即泄露出来的倏逝波能量越大,从而对外界环境更敏感,但是较细包层的单模光纤存在的损耗更大.综合分析得出腐蚀光纤的最佳直径应为26μm,最佳腐蚀长度为1cm.通过实时监测衰荡谱的衰荡时间变化,得到了30℃恒温环境下,乙醇与丙三醇混合溶液中乙醇浓度随挥发时间的变化曲线.实验结果表明,混合溶液中乙醇的浓度随挥发时间呈单指数规律衰减,该变化规律与理论分析相符.由于液体浓度与其折射率成正比,随着乙醇的挥发,混合溶液的折射率逐渐接近光纤包层的折射率,使其对腐蚀光纤纤芯中泄漏的倏逝波能量的吸收程度逐渐增大,环腔的衰荡时间也相应逐渐减小.此外,该监测方法在常温下具有较低的温度交叉敏感性.     

侧边抛磨光纤光栅的数值模拟和实验研究

本文设计并建立侧边抛磨光纤Bragg光栅的光学模型,通过改变剩余包层的厚度以及抛磨区材料的折射率,模拟计算光栅谐振波长的偏移量以及光栅光谱反射率的变化.实验结果表明,当抛磨区材料折射率越接近光纤纤芯折射率,以及抛磨程度越深(3μm以内),抛磨区材料的折射率的微小变化也会引起光栅谐振波长与光栅光谱反射率明显变化.     

基于连通器原理的小探头光纤液位传感器研究

介绍了以汞包层光波导为传感探头的光纤液位传感器的原理及信号处理,其工作原理是利用连通器将液位的变化转变为汞包层光波导包层长度的变化。理论分析和实验表明,当光波导直径和光波长一定时,光功率衰减随汞包层光波导长度增加作线性增加。通过对汞包层光波导引起光功率衰减的检测,探头结构的优化设计以及探测器件的选型,可以获得实时性很强的高精度液位测量。实验测得10m液位的最大测量误差为5．2mm,理论分析的相对测量精度可达0．02％。该液位传感器的研制对于油库等易燃、易爆环境中的液位测量具有重要意义。     

调节精度可配置的可变光衰减器研究

设计了一种调节精度可配置的可变光衰减器结构,通过流体恒压泵驱动薄膜弹起,将流体压力/压强调节转化为光纤微位移控制,实现对接光纤横向位错及光学衰减。使用多物理场耦合与三维时域有限差分的方法对结构模型进行分析,并利用精细加工技术实现了器件的制作。通过对薄膜厚度的选配,实现了光强耦合效率的精度可调配置。理论分析和实验结果表明,选用合适的膜厚得到本衰减器的插入损耗为1.24 dB,可变衰减范围大于60 dB,波长相关损耗小于1 dB。当设定可变光衰减器的光衰减动态范围分别为10 dB和40 dB时,配置0.5 mm薄膜厚度的调节精度分别优于0.04 dB和0.11 dB;当膜的厚度增加时,调节精度会更高。     

基于微流控技术的新型可调光衰减器

基于微流控技术提出了一种新型可调光衰减器核心芯片结构,利用微流体和可压缩空气实现光衰减的可控调节,并基于此核心芯片设计了两种应用不同驱动技术的微流控光衰减器。通过高斯光束传播理论、亥姆霍兹方程、光场耦合理论与Mathematics软件分析了光衰减器内部光场分布特性,考虑了流体端面衍射影响,给出了流体端面位置与衰减量的关系及响应时间等性能参数。理论表明基于微流控技术的可调光衰减器衰减范围大于50dB,系统响应时间约为0.01s,具有衰减范围大、响应快、插入损耗小、回波损耗大的优点。所提出的光衰减器为寻求小体积、高性能、易集成、灵活可调的新型光通讯器件提供了新的思路。     

硅树脂材料热光特性的测试与分析

用激光-V棱镜装置测得耐热型硅树脂在632.8nm和650nm波长上的热光系数分别为-3.3×10-4/℃和-3.6×10-4/℃。以石英玻璃为衬底,用该材料制作了平板波导,用棱镜耦合法测量了不同温度下波导的有效折射率,利用平板波导模式本征方程求解出不同温度下导波层的膜厚与折射率,分析了有效折射率随温度变化的特点。根据导波层折射率与厚度的变化和高分子材料的克劳修斯莫索提公式,分析出该材料的极性分子较大,是引起负热光系数大的原因。该材料适合用于研制低功耗、与塑料光纤匹配的短距离光通信热光开关。     

有限包层半径光纤Bragg光栅的理论研究

采用光纤波导三层模型,对有限包层半径光纤Bragg光栅导模有效折射率的改变进行了理论分析,结果表明:当包层直径小于16μm时,单模光纤Bragg光栅(纤芯直径为8.3μm)的导模有效折射率才开始发生明显变化.在包层外添加外包层,通过改变外包层的折射率可以实现对光栅Bragg反射波长的调谐,同时对不同芯子直径的光栅Bragg波长移动进行了数值计算.在保证光纤归一化频率不变的前提下,芯径越小Bragg波长调谐范围越大,当包层厚度为1μm时,芯径为a＝2.2μm的光栅Bragg波长调谐范围约为3.9μm.     

S弯曲聚合物热光型可变衰减器的特性

提出一种热光聚合物可变光衰减器(VOA)的设计分析,利用S弯曲的波导提高衰减效率,BPM法模拟中验证其衰减动态范围可达60 dB,实现60 dB的衰减计算功耗为60 mW,附加弯曲损耗小于0.3 dB.并且具有很好的极化独立性,串扰低,尺寸小,易于集成.     

The 650-nm variable optical attenuator based on polymer/silica hybrid waveguide

Visible light variable optical attenuators(VOA) are essential devices in the application of channel power regulation and equalization in wavelength-division multiplexing cross-connect nodes in plastic optical fiber(POF) transmission systems.In this paper, a polymer/silica hybrid waveguide thermo–optic attenuator based on multimode interference(MMI) coupler is designed and fabricated to operate at 650 nm. The single-mode transmission condition, MMI coupler, and transition taper dimensions are optimized through the beam propagation method. Thermal analysis based on material properties provides the optimized heater placement angle. The fabricated VOA presents an attenuation of 26.5 dB with a 21-mW electrical input power at 650 nm. The rise time and fall time are 51.99 and 192 μs, respectively. The time–stability measurement results prove its working reliability.     

Widely tunable asymmetric long-period fiber grating with high sensitivity using optical polymer on laser-ablated cladding

We demonstrate high-efficiency, wideband-tunable, laser-ablated long-period fiber gratings that use an optical polymer overlay. Portions of the fiber cladding are periodically removed by CO(2) laser pulses to induce periodic index changes for coupling the core mode into cladding modes. An optical polymer with a high thermo-optic coefficient with a dispersion distinct from that of silica is used on a deep-ablated cladding structure so that the effective indices of cladding modes become dispersive and the resonant wavelengths can be efficiently tuned. The tuning efficiency can be as high as 15.8 nm/ degrees C, and the tuning range can be wider than 105 nm (1545-1650 nm).     

光纤纤芯及包层模有效折射率计算及仿真

光纤结构设计、模间色散求解、光纤光栅模式耦合等问题的研究, 都需要对光纤纤芯及包层模的有效折射率进行精确计算. 本文以光纤三层结构模型为基础, 结合该模型下的模式本征方程, 使用截弦法求解了纤芯模有效折射率, 并将计算结果与COMSOL软件模拟的对应纤芯模的传输光场进行对比, 验证了计算结果正确.使用区间遍历算法对包层模有效折射率进行了求解, 与已有的传统方法相比, 该方法可以有效防止求解过程中根的遗漏、避免特征方程产生的奇点, 并能保证模式的正规性.本文采用Mathematica软件对求解过程进行仿真, 获得了纤芯模和包层模有效折射率与波长关系曲线. 关键词： 光纤传输模式 有效折射率 截弦法 区间遍历算法     

Temperature dependence of symmetric and asymmetric structured Au stripe waveguides

The thermal effects on pigtailed 22-nm-thick, 5-μm-wide and 1-cm-long Au stripe long-range surface plasmon polariton (LRSPP) waveguides, embedded in polymer/polymer layers and in polymer/silica layers, are theoretically and experimentally demonstrated. The polymer and silica cladding layers have thermo-optic coefficients of opposite signs. As the temperature varies the Au stripe LRSPP waveguide embedded in the polymer/polymer layers retains its symmetry in the refractive index, but that embedded in the polymer/silica layers becomes asymmetric in the refractive index. The thermal sensitivity in the optical output power of the symmetric structure is smaller than 0.02 dB/°C but the sensitivity of the asymmetric structure is ∼ 0.3 dB/°C. These structures open up potential applications of the LRSPP waveguides for temperature independent/dependent photonic devices.     

从薄膜波导传播衰减的角度研究光学薄膜的损耗:(Ⅰ)理论分析

本文从理论上分析了光学薄膜中的三种基本缺陷:折射率消光系数、表面粗糙度以及折射率不均匀性对薄膜内导波传播衰减的影响.基于这些缺陷对光学薄膜内不同导模传播衰减作用的不同,提出了一种区分薄膜中的吸收与散射损耗的方法.     

Low loss broadband transmission in hypocycloid-core Kagome hollow-core photonic crystal fiber

We report on the fabrication of a seven-cell-core and three-ring-cladding large-pitch Kagome-lattice hollow-core photonic crystal fiber (HC-PCF) with a hypocycloid-shaped core structure. We demonstrate experimentally and theoretically that the design of this core shape enhances the coupling inhibition between the core and cladding modes and offers optical attenuation with a baseline of ～180?dB/km over a transmission bandwidth larger than 200?THz. This loss figure rivals the state-of-the-art photonic bandgap HC-PCF while offering an approximately three times larger bandwidth and larger mode areas. Also, it beats the conventional circular-core-shaped Kagome HC-PCF in terms of the loss. The development of this novel (to our knowledge) HC-PCF has potential for a number of applications in which the combination of a large optical bandwidth and a low loss is a prerequisite.     

位错型微机械可变光衰减器的研究

介绍了一种基于微机械技术实现的可变光衰减器,通过微电磁驱动器改变输入输出光纤之间的径向偏移量来调整衰减量。基于波导传输理论分析确定了器件的结构参量,并通过集成电路微细加工工艺实现了器件的制作和封装。测试结果表明,该可变光衰减器的插入损耗小于1dB,动态范围约35dB,工作电压小于5V,偏振相关损耗小于0.1dB,体积为20mm×15mm×8mm,有望为全光网提供一种低成本,高性能的光通信器件。     

Characteristics of pure silica core single-mode fiber

Single-mode fibers with low attenuation and sufficient reliability are especially important for long-span optical transmission systems. Conventionally, GeO₂ has been added to the fiber core region in order to make a refractive index difference between the core and cladding. However, the addition of GeO₂ increases Rayleigh scattering loss [1], and deteriorates the chemical stability against hydrogen atmosphere and γ-ray irradiation to bring about an increase in attenuation. [2][3] Therefore, pure silica core single-mode fiber was considered to be an ideal type of fiber, and it was succeeded in being fabricated by utilizing fluorine containing SiO₂ cladding.