基于结构调整实现单模单偏振太赫兹PCF

文章提出一种光子晶体光纤(PCF),通过调整结构,改变包层缺陷中微型空气孔的排列方式、孔大小和孔孔间隔实现折射率匹配耦合,达到单模单偏振传输的目的。采用全矢量有限元法仿真建模,结果表明,当包层缺陷中微型空气孔直径为27.7μm、孔孔间隔为38μm,且采用三角晶格排列时,在0.719~1THz范围内,偏振损耗比>100,实现了单模单偏振传输,此时y偏振基模的传输损耗最低为2.4e-3 dB/km。与填充法实现折射率匹配耦合相比,调整结构可以获得更大的偏振损耗比479,更低的传输损耗2.4e-3 dB/km以及更宽的带宽0.281THz。

一种宽带低损耗单模单偏振光子晶体光纤

设计了一种新型结构的宽带低损耗光子晶体光纤,在其内包层引入6个大空气孔和6个椭圆空气孔,并用全矢量有限元法研究了该光纤的模场分布、工作带宽、限制损耗和色散特性.数值计算结果表明,该光纤在1.40-1.73μm 波段实现了低损耗SMSP（单模单偏振）特性,只有y 偏振模存在,限制损耗小于0.1dB/km,色散平坦度为3.3ps/（km·nm）.研究结果对设计新型高性能SMSP光纤具有一定的指导意义.

高双折射单模单偏振太赫兹光子晶体光纤设计

利用全矢量有限元法设计了一种非对称三角晶格SPSM-TPCF(单模单偏振太赫兹光子晶体光纤),该光纤具有高双折射、宽带宽、低平坦色散和SPSM传输等特性。分析结果得出,在330μm处,双折射高达0.036 5,拍长为9.04mm;x和y偏振模的限制损耗分别为48.01和0.008 13dB/m;y偏振模的有效模场面积为7 557μm^2,数值孔径为0.56。在波长326.5~359μm范围内实现SPSM传输,且y偏振模损耗始终低于0.1dB/m;该光纤呈现低平坦色散特性,色散值仅为(-2.14±0.45)ps/(nm·km)。

基于谐振吸收效应的单模单偏振光子晶体光纤研究

提出了一种基于谐振吸收效应的单模单偏振光子晶体光纤,阐述了其工作原理,并利用全矢量有限元法对其模场分布、限制损耗、工作带宽、消光比等基本特性进行了数值模拟.数值结果表明这种结构可以获得很高的单模单偏振工作带宽,并能以较低的损耗代价实现极高的消光比.讨论了结构设计参量对光纤性能的影响.研究结果对设计新型的高性能单模单偏振光纤具有一定的指导意义.

基于“耦合-耦合-吸收”机理的超宽带单模单偏振微结构光纤

通过在高双折射微结构光纤包层构建缺陷并在其外侧空气孔镀金的方法,实现一种基于“耦合-耦合-吸收”滤波机理的新型单模单偏振微结构光纤(SMSP-MSF)。纤芯中需要滤除的偏振态模式能量通过“纤芯与缺陷芯耦合”和“缺陷芯与金缺陷耦合”两次耦合作用传递至镀金孔中,再利用金缺陷的等离子体共振效应对能量进行吸收,以实现宽带的单模单偏振传输。基于上述机理,利用全矢量有限元法,得到了两种宽带SMSP-MSF。所设计的正六边形晶格SMSPMSF的纤芯x偏振模式与缺陷芯模式、金层二阶表面等离子极化激元模式在多个波长分别谐振,实现380 nm的单模单偏振传输带宽。所设计的正方形晶格SMSP-MSF利用纤芯及缺陷芯相互垂直的排布方式,保证了纤芯与缺陷芯x偏振模式耦合,而y偏振模式不耦合,在1.55μm处实现了偏振消光比高达113 dB的高质量单模单偏振传输。

一种四排短轴渐减椭圆空气孔阵列的单模单偏振光子晶体光纤

提出了一种新型的四排短轴渐减椭圆空气孔阵列的单模单偏振光子晶体光纤结构,并以完美匹配层为边界条件采用全矢量有限元方法研究了该光纤的各种特性及其各种参量随入射波长变化规律。研究表明,提出的光子晶体光纤结构是实现更宽带宽、色散平坦、单模单偏振运用的有效方案;在入射光波长为1.550μm时,单模单偏振光子晶体光纤的模式双折射高达2.752×10-3,拍长为0.564mm;x偏振模的限制损耗为0.139dB/km,y偏振模的限制损耗是16.890dB/km;对比x偏振模损耗情况,y偏振模可以在较短的光纤中被衰减掉,从而实现单模单偏振运用;x偏振模的数值孔径为0.415,有效模场面积为3.667μm2,非线性系数为28.740(W·km)-1。入射光波长在1.347～1.691μm的范围内,该光纤呈现出色散平坦特性,使其在超连续谱产生、脉冲传输等领域具有广阔应用前景;该光纤能够在入射光波长600nm较宽范围内实现单模单偏振运用。

单偏振单模微结构聚合物光纤理论设计

采用全矢量有限元法并结合完美匹配边界条件,得到了一种新型结构的单偏振单模微结构光纤,以聚合物聚甲基丙烯酸甲酯为基材,对其偏振模场、快轴模和慢轴模截至波长和约束损耗进行了研究.结果发现,通过改变光纤结构参量,可以使光纤基模两个正交偏振态截止波长不同,光纤中只能传输基模的一个偏振态(慢轴模).若调整光纤单偏振单模工作区在聚合物光纤通信窗口650nm附近,该光纤传输慢轴模的约束损耗低于0.05dB/m.

单偏振单模微结构聚合物光纤理论设计

采用全矢量有限元法并结合完美匹配边界条件,设计实现了一种新型结构的单偏振单模(single polarization single mode,SPSM)微结构光纤(Microstructured optical fibers,MOFs),以聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)为基材,对其偏振模场、快轴模和慢轴模截至波长和约束损耗进行了研究。结果发现,通过改变光纤结构参数,可以使光纤基模两个正交偏振态截止波长不同,光纤中只能传输基模的一个偏振态(慢轴模)。若调整光纤单偏振单模工作区在聚合物光纤通信窗口650nm附近,该光纤传输慢轴模的约束损耗低于0.06 dB/m。该研究为本体聚合技术制备单偏振单模微结构聚合物光纤提供了理论依据。

椭圆孔正方形点阵单偏振单模光子晶体光纤的设计

设计了一种椭圆空气孔正方形点阵单偏振单模光子晶体光纤,并以聚甲基丙烯酸甲酯为基材,利用基于棱边/节点混合元的全矢量有限元法对该光纤进行了数值模拟。结果发现,其偏振模场、快轴模和慢轴模截止波长完全依赖于光纤的结构参数;通过优化光纤的结构参数,发现该光纤传输基模的一个偏振态（慢轴模）在0.62μm至0.70μm可见光波长范围内;若调整该光纤结构具有9圈椭圆空气孔时,其偏振模约束损耗在波长0.65μm处可以降至0.13dB/m。该聚合物基低损耗单偏振单模光子晶体光纤可以有效消除传统保偏光纤固有的偏振串扰和偏振模色散。

以单轴晶体为内包层的双包层光纤偏振特性研究

本文研究了以单轴晶体为内包层的双包层高双折射光纤的传输和偏振特性．在弱波导近似下,应用光波导理论,得出了ｏ光与ｅ光的色散方程及截止特性．通过计算机的模拟与分析,划分出了截止区、单模单偏振区、单模双偏振区及多模区;分析了单模单偏区和单模双偏区存在的条件;研究了单模双偏区两偏振模式的偏振色散特性．结果表明,几何参数Ｓ、光学参数Ｒｘ、Ｒｙ及外包层折射率η３对所划分的四个区域及所对应的偏振特性有着极为明显的影响．此结果为光纤保偏器的设计和应用高双折射单模光纤构成新型光纤传感器的设计提供了可靠的理论依据．

一种压缩六边形单偏振单模光子晶体光纤

提出了一种新型压缩六边形空气孔阵列的SPSM-PCF(单偏振单模光子晶体光纤)结构,并采用全矢量有限元方法以完美匹配层为边界条件研究了该光纤的限制损耗特性随结构参量变化的规律。数值模拟结果表明,在入射波长为1.550μm时,快轴模的限制损耗很大,而慢轴模的限制损耗随包层层数的增加而减小,当包层层数Nr分别为6、8和10时,限制损耗分别为4.534×10-4、2.236×10-5和9.597×10-6 dB/m。因此,快轴模在极短的光纤长度内快速衰减,从而实现仅有慢轴模且限制损耗低于0.1dB/km的低损耗单模单偏振运转。

单偏振单模聚合物光子晶体光纤设计

设计了一种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基的单偏振单模(SPSM)微结构聚合物光纤(MPOF)。利用全矢量有限元法和光束传播法相结合分析了这种光纤的偏振特性和约束损耗。通过优化光纤结构参数,发现在0.51μm～0.62μm的可见光波长范围,由于基模两个正交偏振模的截止波长不同,这种微结构聚合物光纤只能传输基模中的一个偏振模,从而实现单偏振单模运转。该11圈圆空气孔六角排列光纤结构的传导偏振模在0.57μm波长处约束损耗仅为1.13 dB/m,这种低损耗的单偏振单模微结构聚合物光纤可有效消除传统保偏光纤固有的偏振串扰和偏振模色散。

新型宽带单偏振单模光子晶体光纤的设计

基于折射率匹配耦合原理,提出并设计了一种新型宽带单偏振单模光子晶体光纤,阐述了工作原理并利用全矢量有限元法对其进行了数值模拟。当中间纤芯和边芯之间空气孔1和2的直径为2.4μm时,波长在1.26～1.7μm的范围内,偏振相关损耗大于4.08 dB/m,单偏振单模的带宽高达440 nm;当空气孔1和2的直径为2.6μm时,在波长1.31μm处,x偏振模的限制损耗为26.93 dB/m,而y偏振模的限制损耗仅为0.01 dB/m,在波长1.55μm处,x偏振模的限制损耗为38.66 dB/m,y偏振模的限制损耗仅为0.05 dB/m。这种光子晶体光纤具有高带宽特性,并且在1.31μm和1.55μm两个通信窗口存在高相关偏振损耗。

偏振可调的太赫兹单偏振单模光子晶体光纤

采用折射率匹配耦合法，提出了一种偏振可调的单偏振单模太赫兹光纤。通过在纤芯设计非对称微结构来实现芯模z、y偏振模式的分裂；在包层空气孔中填充折射率匹配液来引入缺陷模式，通过调整液体折射率来分别实现它与芯模z、Y偏振模式的匹配。结果表明，当液体折射率为1．288时，z偏振模式匹配。当入射光频率大于O．73 THz时，偏振损耗比大于100，光纤以Y偏振模式运转；当入射光频率为1 THz时，偏振损耗比达到最大值1020。当液体折射率为1．338时，Y偏振模式匹配。当入射光频率在0．87-0．93 THz时，偏振损耗比大于100，光纤以单偏振模式运转；当入射光频率为O．9 THz时，偏振损耗比达到最大值118。该设计实现了光纤单偏振运转模式的切换，具有宽带、可调、易于实现的特点。

单偏振单模微结构聚合物光纤的设计

设计了一种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基的单偏振单模(SPSM)微结构聚合物光纤(MPOF)。采用全矢量平面波展开法并结合完美匹配边界条件,对其偏振特性进行了理论模拟。详细讨论了微结构光纤参数的变化对单偏振单模带宽和工作波长的影响,发现在0.57～0.71μm的可见光波长范围,由于基模两个正交偏振模的截止波长不同,这种微结构聚合物光纤只能传输基模中的一个偏振模。光束传播法计算表明,在波长0.65μm处具有7圈空气孔的单偏振单模微结构聚合物光纤的传导偏振模约束损耗仅为1.24dB/m,这种低损耗的单偏振单模微结构聚合物光纤可有效消除传统保偏光纤固有的偏振串扰和偏振模色散。

两类超宽带单偏振单模光子晶体光纤的设计

基于模式截止法,设计了两种超宽带单偏振单模方形阵列液晶填充光子晶体光纤,利用全矢量有限元法分析了光纤纤芯中额外空气孔、纤芯孔间距及纤芯液晶填充孔径对单偏振单模传输特性的影响。所设计的带宽可调谐的超宽带单芯单偏振单模光子晶体光纤,其单偏振单模传输可在0.75～2.59μm波段范围内调谐,限制损耗低于0.1dB·km^(-1)对应的单偏振单模传输带宽为970nm。所设计的另一种光纤是在0.98～1.74μm波段范围内具有单偏振单模传输特性的双芯光子晶体光纤,将其应用于波分复用系统的波分解复用器中,制备了一种长度仅为1.06mm的光子晶体光纤波分器,实现了具有单偏振单模传输特性的1.31μm和1.55μm光分束。

一种环形结构单光路检测型光纤电流传感器

针对传统单光路检测型光纤电流传感器电流灵敏度低的缺点,提出一种新颖的环形结构单光路检测型光纤电流传感器。该光纤电流传感器利用单偏振单模耦合器构建光纤环形腔结构,取代了传统单光路检测型光纤电流传感器中的起偏器和检偏器。这一设计不仅保留了单光路检测型光纤电流传感器所具有的结构简单、成本低廉等优点,还具备环形腔结构光纤电流传感器可实现传感信息的多次循环放大的特点,提高了系统的电流灵敏度。理论分析与实验表明,这种光纤电流传感器的电流灵敏度可随循环次数K的增加而增加,设计具备可行性。

一种新结构的高双折射光子晶体光纤

设计了一种新型的高双折射光子晶体光纤(PCF)。在光纤包层中引入2种不同尺寸的空气孔,使光纤只具有二重对称性,呈现出较高的双折射,在短波长区,双折射值比普通的保偏光纤的要高得多。当2种孔径比大于1时,相当于在光纤中引入了W型有效折射率曲线分布,因此在长波长区基模会截止。采用改进的超格子全矢量模型与平面波法相结合对光纤的光特性进行了分析,结果表明,在波长1 310 nm处,其模式双折射为1.8×10-3;在1.4μm^1.6μm的波长范围内,只有基模的1个偏振态可在光纤中传输。该新型PCF能够实现单偏振单模运转,可以从根本上消除偏振串扰和偏振模色散。

柔性介质金属膜太赫兹波导的传输特性与应用

太赫兹(THz)波在通信、成像、安全监测、生物医学等领域有着广阔的应用前景.随着THz技术的飞速发展,对其传输波导,特别是低损耗、单模、柔性传输等高性能THz波导的需求日益增长,这将为提高THz系统的灵活性及推动其实用化发展提供重要支撑.综述了金属膜波导和介质金属膜波导的设计和制备工艺,在0.1~0.3 THz和2.0~5.0 THz频段的损耗和单偏振单模传输等特性,以及在通信和成像等方面的应用.着重介绍了本课题组近年来在波导的设计、特性仿真、制备、测试和应用方面的研究结果.也对THz波导研制中存在的难点和发展前景进行了初步探讨.