螺旋扭曲双包层-三芯光子晶体光纤用于轨道角动量的生成

针对螺旋扭曲的单包层-少芯光子晶体光纤在生成轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)方面存在的不足,首次将三芯和内外空气孔不均匀的双包层结构引入光子晶体光纤,并通过螺旋扭曲实现了高阶OAM模式的生成.该光纤通过引入特殊设计的双包层结构有望降低生成的OAM模式的损耗,而围绕中心呈正三角分布的三个纤芯有望增加生成的OAM模式的数量.在光学变换原理的基础上,通过有限元方法对该光纤进行系统的分析,结果发现,当扭曲率a=7853.98 rad/m时,生成的OAM模式包括“OAM_(–4,1),OAM_(+9,1),OAM_(+10,1),OAM_(+11,1),OAM_(+13,1)”,其中+13阶是目前利用螺旋扭曲光纤生成的OAM模式中最高的阶数,且OAM模式的损耗均小于1.64×10^(–3)d B/m,比已有文献中最低的OAM模式损耗(Napiorkowski M,Urbanczyk W S 2018 Opt.Express 2612131)至少降低2个数量级,以及OAM模式纯度均大于93%.进一步研究表明,轨道角动量的生成依赖于纤芯超模与环形芯模式的共振耦合,而生成的OAM模式阶数的奇偶性与纤芯超模和环形芯模式的极化方向有关.

新型光纤色散特性测量实验教学系统设计与实践

色散是限制光纤通信的一个重要因素,掌握光纤的色散特性可以为其进一步的设计和应用做好铺垫。针对目前光纤色散特性测量实验缺少数据分析过程且操作烦琐等问题,利用现有平台和资源设计了一个基于改进相移法测量光纤色散特性的实验教学系统,使相移法原理更加直观、易于理解,有利于营造沉浸式的学习氛围,激发学生的学习兴趣,培养学生的实践动手能力与自主创新意识。

轨道角动量传输光纤的研究进展

基于光纤中光子轨道角动量(Orbital Angular Momentum, OAM)的模式复用技术在提高光通信容量方面具有很大的潜力。适合于传输OAM模式的光纤通过材料和结构的优化设计逐步实现了OAM信号传输更稳定、传输距离更长,OAM模式更多等特性。文章从光纤的模式叠加理论出发,分析比较了各种传输OAM模式光纤的研究成果、优缺点以及适合的应用场景,包括基于传统光纤设计的环状光纤、超模光纤,以及基于光子晶体光纤设计的六角和圆形光子晶体光纤等。最后对适合于传输OAM模式光纤的发展前景做了展望。

支持可调、高阶轨道角动量模式的涡旋光纤

为解决一般涡旋光纤支持传输的轨道角动量模式数量少、阶数低和传输质量差的问题,设计了一种新型结构涡旋光纤。该光纤在制作紫晶掺杂管环和石英管环的基础上,利用管环嵌套的方式提高了空气填充率。利用基于有限元法的COMSOL Multiphysics软件对该结构光纤进行建模,并分析计算了其传输特性参数。结果表明,该光纤在不同的入射光波段以跳跃式稳定支持特定阶数的轨道角动量模式,在1500~1600 nm波长范围内可支持44个高阶轨道角动量模式稳定传输,包括较高阶数第31阶。对44个高阶模式进行详细分析发现,有效折射率差保持在10-3量级,色散平坦且色散变化均小于4.2 ps∙km^(-1)∙nm^(-1),模式纯度均大于94.5%,有效模面积最小值为122.78μm^(2),非线性系数最大值为0.89 km^(-1)·W^(-1),限制损耗维持在10^(-1)3~10-8 dB∙m^(-1)量级之间。当弯曲半径大于8 mm时,弯曲对该光纤能够支持的轨道角动量模式数没有影响,而当弯曲半径小于8 mm时,支持的模式数随着弯曲半径的减小而减少。

八边形空气孔环绕-双模大模场面积多芯光纤

为实现多芯光纤的严格双模传输和大模场面积,将多芯光纤引入空气孔并排列成八边形结构,利用COMSOL软件建立该光纤的电磁场模型,再采用有限元方法系统地分析相对孔径大小、纤芯与包层折射率差和纤芯之间的间距等3个结构参数对光纤模式特性及有效模场面积的影响,最后讨论了不同弯曲半径下光纤的弯曲损耗。根据分析结果并结合归一化频率常数找到合适的结构参数,此时光纤的基模模场面积在平直状态下可达到1730μm^(2),当弯曲半径大于0.45m时,弯曲损耗小于10^(-3) dB/m,基模模场面积仍可达到1685μm^(2)。该光纤保持少模传输并实现了大模场面积和低弯曲损耗,在大容量、高功率光纤传输系统中具有广阔的应用前景。