改进型双层芯光子晶体光纤宽带补偿特性分析及设计

针对现有的补偿光子晶体光纤无法较好地实现宽带色散补偿问题,本文利用多极法分析了色散和光纤结构参数之间的变化关系。通过减小同轴双层芯光子晶体纤结构中双芯之间的空气孔直径,并随后增大孔间距,设计出了一种在C波段范围内与标准单模光纤G.652色散系数相补偿的光子晶体光纤,实现了这一波段的宽带补偿,模拟结果表明具有很好的补偿效果。     

正方形多芯光子晶体光纤的有限元分析

从Helmholtz方程出发,通过全矢量有限单元法及移位迭代算法,完成了对正方形多芯光子晶体光纤同位相超模的数值模拟分析,详细分析了工作波长、包层空气占空比和两类空气孔直径对五芯光子晶体光纤的同位相超模的影响,结果表明光纤结构是影响纤芯之间模场形态的重要因素,通过优化纤芯间不同类型的空气孔直径,能实现多芯光子晶体光纤同位相超模场的各纤芯等振幅输出.     

光子晶体光纤及在光纤光栅中的应用

从光子晶体光纤(PCF)与普通光纤在光纤结构上的差异出发,简要分析了PCF的导光原理与单模特性,探讨了基于PCF的光纤光栅的稳定性,基于聚合物填充多孔光纤的长周期光纤光栅的温度调谐性能,以及纯结构性非光敏纤芯长周期光子晶体光纤光栅的原理,从一个方面说明了光子晶体光纤的潜在应用。     

基于分层微结构纤芯的太赫兹高双折射光子晶体光纤（英文）

基于"功能基元"+"序构"的设计思想,提出了一种在纤芯引入等差分层微结构的太赫兹超高双折射光子晶体光纤.光纤包层由三角晶格排列的圆形空气孔组成;纤芯由三角晶格排列,尺寸满足等差分层条件的椭圆空气孔组成.数值模拟结果显示,当入射光频率为0.5-1.5 THz时,光纤能够实现超高模式双折射;在0.9 THz,模式双折射达到最大值4.07×10^-2,此时基模x,y偏振模式的有效材料损耗(EML)分别为0.075 cm^-1和0.062cm^-1.与6种不同尺寸的均匀微结构纤芯光子晶体光纤的模式双折射特性进行对比研究.结果显示,提出的分层微结构纤芯光子晶体光纤,能够在很宽的工作频段,实现更稳定的超高模式双折射,且具有较低的材料吸收损耗.对于通信、传感、测量等领域的有限长度光纤器件应用,能够起到优化设计,显著提高器件性能的作用.     

七芯光子晶体光纤耦合特性的研究

根据七芯光子晶体光纤(PCF)7个超模的特征,给出了七芯PCF耦合长度的一种计算方法,揭示了七芯PCF的七个超模与耦合特性之间的内在联系。利用有限差分光束传播法(FD-BPM)分析了七芯PCF的耦合特性,发现其耦合长度随着传输波长的增加而减小;随着纤芯与包层材料折射率之差和纤芯之间距离的增大而增加;还分析了七芯PCF的横向不均匀性、纵向不均匀性、位置偏移等因素对其耦合特性的影响,为设计七芯PCF的结构提供了理论依据。     

表面等离子体共振型光子晶体光纤偏振滤波器性能优化设计方法

以一种常见的光子晶体光纤为载体,利用金属填充物和纤芯周围折射率环境结构的不对称性,提出了一种基于表面等离子体共振效应的光子晶体光纤偏振滤波器性能优化设计方法.研究发现,通过对光子晶体光纤纤芯和金属填充物周围结构的特殊设计,可有效调控周围材料的有效折射率,以实现金属等离子体模式的双折射效应和光纤纤芯模式的双折射特性.因此,当纤芯模式和金属的表面等离子体模式满足相位匹配条件时,即可达到偏振滤波的效果,并获得很好的消光比,而不需要对光子晶体光纤的结构进行复杂设计,降低了器件制备难度,避免了所设计的光纤结构无法实现实际制备的问题.     

光子晶体光纤中基于SBS实现慢光的数值模拟

通过运用四阶龙格库塔法和特征线法对基于光子晶体光纤的受激布里渊散射耦合方程组进行数值求解,讨论不同纤芯直径的光子晶体光纤在相同的Stokes波功率和相同的Stokes波强度下对受激布里渊散射慢光产生的影响,发现芯径越小PCF的时延特性越好,但是伴随着较大的脉冲展宽,对于Stokes波脉冲,较小的输入Stokes波功率具有更大的时延.考察不同的脉冲宽度对光子晶体光纤中的慢光的影响,发现较短的脉冲具有更大的相对时延并伴随着较大的脉冲展宽.通过改变小芯径光子晶体光纤的占空比,讨论光子晶体光纤的结构变化对受激布里渊散射慢光的影响,发现小芯径PCF的占空比越小,对应的SBS慢光的时延越大,脉冲展宽也越明显.以上结论可以为慢光缓存器的设计提供理论参考.     

正八边形双芯光子晶体光纤的温度传感特性

正8边形光子晶体光纤包层结构较正6边形更接近于圆,因此它具有限制损耗低,非线性系数低,色散平坦的优点.设计了一种正8边形双椭圆孔纤芯光子晶体光纤,分析了这种光纤填充高折射率温度系数敏感液体后的温度特性.采用全矢量有限元法和光纤的模式耦合理论研究了温度对其有效折射率、耦合长度、模场分布和限制损耗的影响,计算并分析了具有相同结构参数的正6边形光子晶体光纤在1.55μm低损耗窗口的限制损耗.研究表明,模场分布与温度和波长有关,有效折射率和耦合长度都随着温度升高而减小,限制损耗随温度升高递增.结构一定时,长波长条件下和小椭圆率时具有更好的温度敏感特性;结构不同时,大占空比的光子晶体光纤具有更好的温度敏感特性.在波长1.55μm、相同温度下所设计的正8边形光子晶体光纤与正6边形光子晶体光纤的限制损耗相比大大减小.     

光子晶体光纤非线性系数的数值分析

利用全矢量有限元法对六重对称的全内反射型光子晶体光纤的非线性系数进行了数值分析，模拟了光子晶体光纤的非线性系数与纤芯材料折射率、空气孔直径、孔间距的关系，结果表明在其它参量相同的情况下，纤芯材料折射率的变化对光子晶体光纤的非线性系数有着明显的影响，尤其是在输入光波长小于1.0μm范围内,在波长为0.5μm处，当纤芯材料折射率为1．45时非线性系数为0．4047m^-1W^-1，但纤芯材料折射率为1．40时非线性系数高达1．792m^-1W^-1。     

基于纤芯失配的光纤布拉格光栅温度不敏感振动传感器

提出了一种基于纤芯失配的光纤布拉格光栅温度不敏感传感结构并且得到了实验验证。该传感器由一短截细芯光纤和单模光纤布拉格光栅熔接而成。光通过细芯光纤时激发出一系列包层模式,并通过纤芯失配的熔接面进入后面的光纤布拉格光栅中。其中,一些低阶模式会被光纤光栅反射耦合回传输光纤的纤芯,耦合效率与光纤的弯曲度有关。实验结果表明低阶奇数膜LP3n对光纤弯曲度有极大的灵敏度。通过对包层模式的选择性监测和能量检测方法,提高了传感器的弯曲灵敏度,并避免了温度对传感器的影响。     

金涂覆光子晶体光纤偏振滤波器的特性分析

设计了一种基于表面等离子体共振的光子晶体光纤偏振滤波器.在空气孔中选择性金涂覆使表面等离子体模式与纤芯模式共振.利用有限元法分析了改变结构参数对滤波器性能的影响.数值模拟结果表明金薄膜厚度和空气孔直径能够优化表面等离子体模式及纤芯模式的共振峰位置和强度，在波长1.31μm 处x偏振方向的损耗到达740.5dB/cm，y偏振方向的损耗很低且x，y方向的损耗峰明显地被分开.利用这些特性设计出一种新型的工作在通信波段的光子晶体光纤偏振滤波器.     

基于高速单模光模块的多模光纤传输系统性能分析

多模光纤传输系统是短距离通信的一个重要研究课题。然而,高速多模光模块技术的不成熟,使得短距离多模光纤通信无法达到5G等技术提出的高速通信的要求。采用高速单模光模块在多模光纤(MMF)中传输的方法来解决这个问题,并研究高速单模光模块在多模光纤中传输时由于偏芯距的变化而引发的模式激发及模式耦合对传输系统性能的影响,得出能够实现短距离高速通信的最大偏芯范围。结果表明,随着偏芯距位置的增多,以及偏芯距的增大,系统的传输性能逐渐下降,多模光纤间所允许的最大偏芯距离随着单模光纤(SMF)-多模光纤和多模光纤-单模光纤间的偏芯距的增大而逐渐减小。     

远场法测量单模光纤参数

本文描述的单模光纤参数测量的远场法具有一次实验便可确定单模光纤归一化频率、纤芯直径和数值孔径这三个主要参数之特点.本文给出了远场法的理论推导、实验方法和实际光纤的测量结果.     

光子晶体光纤前向布里渊散射现象中的声波带隙特性

利用平面波展开方法,对光子晶体光纤的前向布里渊散射现象中的声波带隙特性进行了数值仿真.结果表明,对于较为常见的空气孔排列为六角密排结构、空气孔形状为圆形的实芯光子晶体光纤,只有当空气孔的填充率大于一定阈值时才出现较明显的XY模态声波的带隙,并且最低与次低带隙的上下边界均随空气孔的填充率的增大而下降.根据所得结果讨论了在这种类型的光子晶体光纤中空气孔的填充率对前向布里渊散射强度的影响.     

以光子晶体光纤为基质的光纤耦合器的设计

设计了以光子晶体光纤为基质的1550nm波段的双芯光纤耦合器。耦合器双纤芯间距为4μm,空气孔孔径为1μm,孔间距为2μm,一个周期的耦合区长度为900μm。数值计算了光场在该光纤耦合器中的模场演化情况。数值计算结果表明,以光子晶体光纤为基质的光纤耦合器实现了常规光纤耦合器的功能。     

光子晶体光纤光栅谐振波长的特性研究

应用多极法理论和传输矩阵法,对基于包层空气孔为正六边形对称结构的光子晶体光纤的布喇格光栅特性进行了计算和仿真。对比研究了常规单模光纤所成光栅与相同光栅周期的光子晶体光纤布喇格光栅反射谱之间的差异,重点研究了光子晶体光纤的结构参数变化(间隙孔半径、层数)与光子晶体光纤光栅的谐振峰变化规律。当光子晶体光纤的间隙孔半径增大时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现蓝移;当光子晶体光纤的间隙孔径不变而层数增加时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现红移。     

光子晶体光纤光栅在传感器系统中应用研究

光子晶体光纤光栅是一种新型的无源器件,可广泛用于光纤通信系统、光脉冲压缩、传感器及滤波装置中.采用耦合模理论对光脉冲在光子晶体光纤光栅中传播进行分析,给出光子晶体光纤光栅的制作方案,提出了光子晶体光纤光栅在压力传感器、折射率传感器、应变传感器和射流传感器等方面的具体应用.光子晶体光纤光栅对温度的敏感性比传统单模光纤传感器要低2至3个数量级,光子晶体光纤光栅传感器系统不需要温度补偿,传感器系统更为简洁而具备充分的优越性.     

特种光子晶体光纤的设计和模拟

介绍了光子晶体光纤的原理,给出了模拟光子晶体先纤的数学模型.作为计算例子,设计了椭圆孔光予晶体先纤.该光纤的包层和芯层有不同尺寸的椭圆孔组成晶体结构.利用建立的数学模型,给出了模拟结果.     

布拉格光纤光栅等效芯径和折射率的测量

提出一种通过布拉格光纤光栅传输谱线计算其纤芯直径和折射率的方法.实验中采用较短波长的相位掩模板及紫外光照射载氢的单模光纤来写布拉格光栅.通过测量LP01模与反向传输的LP01、LP02模耦合所对应的损耗峰,并将对应的两中心波长分别带入色散方程,来计算同时满足布拉格光栅相位匹配条件的解,即可求出该光纤光栅纤芯直径和折射率.这种方法为测量光纤光栅参数提供了一种新的途径.     

多芯光纤相干组束研究进展

利用光纤激光器相干组束技术可产生高功率高光束质量的激光输出,因此研究相干组束技术成为必然趋势。本文从多芯阶跃光纤相干组束和多芯光子晶体光纤相干耦合两个方面介绍了目前相干组束研究现状和进展。提出多芯阶跃光纤相干组束和全光纤相干组束都存在弊端,而通过合理设计结构的多芯光子晶体光纤不仅可以实现高功率激光输出,还能促进光通信技术的发展。