碲玻璃双芯光子晶体光纤耦合特性研究

以碲玻璃为基质材料,设计了八边形双芯光子晶体光纤.应用全矢量有限元法和模式耦合基本理论分析了八边形双芯光子晶体光纤中结构参数对耦合长度特性的影响.计算结果表明:在波长1.55μm处,减小孔间距可明显减小耦合长度,但只略微改变相对耦合长度;增大空气孔及椭圆率可略微增大耦合长度,但可明显增大相对耦合长度.当相对耦合长度为1时,设计的偏振分束器性能较理想.在此基础上,通过调节结构参数,设计了一种较短传输长度、高带宽、高消光比的偏振分束器,当光纤长度为139μm时,X、Y方向偏振光即可实现分离,消光比达到最小值-53.46dB,且在波长1.49μm^1.61μm,即带宽为120nm范围内,消光比小于-20dB,与同类型的高消光比和极短长度双芯偏振分束器相比,其综合性能比较突出.

双芯光子晶体光纤宽带定向耦合器研究

利用半矢量有限差分法设计了具有低折射率双芯的光子晶体光纤宽带定向耦合器,并数值计算了双芯光子晶体光纤的结构参量对耦合性能的影响.数值结果表明,通过优化选取光子晶体光纤包层结构参量和纤芯掺杂浓度,双芯光子晶体光纤耦合器可以实现宽带耦合.在1.22～1.65μm波长范围内其耦合长度稳定在26637nm±235nm范围内,耦合器设计成耦合比为50%和10%,分别实现了耦合比为(50±0.702)%和(10±0.664)%的良好特性.

波分复用双芯光子晶体光纤耦合器的设计

在双芯PCF的基础上设计一种新型定向耦合器,根据波导间相互耦合原理,采用时域有限差分法分析了该器件的光传输特性。并数值计算了双芯PCF的结构参量对耦合性能的影响,发现其耦合长度随着空气填充率d/Λ的减小而增大,随着传输波长λ的增大而减小。并基于双芯PCF结构,以常用通信波长为例,设计出0.85/1.55μm,0.98/1.55μm和1.3/1.55μm的超微型波分复用器件,通过调节双芯PCF的结构参量得到合适的耦合长度,实现了不同波长的解复用。研究表明双芯PCF耦合器在波分复用等方面具有很大的应用价值。

矩形晶格结构双芯光子晶体光纤偏振分束器的研究

椭圆形空气孔光子晶体光纤可以产生较高的双折射,使得不同偏振方向的光有不同的耦合长度。将光纤的双折射现象应用于双芯光纤中,可以实现偏振状态的分离。应用平面波扩展法分析了椭圆形空气孔、矩形晶格结构的双芯光子晶体光纤中结构参量对光束不同偏振方向的耦合长度的影响,设计了一种基于椭圆形空气孔、矩形晶格结构的双芯光子晶体光纤偏振分束器。应用全矢量光束传播法分析了这种光纤偏振分束器的性能。结果表明,在1.55μm工作波长上,长度为1.055 mm的光纤即能实现偏振状态的隔离,隔离度达到-16.9 dB,隔离度<-16 dB的带宽可达到270 nm。

基于氮化钛薄膜表面等离子体共振特性的双芯光子晶体光纤温度传感器（英文）

提出一种基于表面等离子体共振的双芯光子晶体光纤温度传感器,其中双芯光子晶体光纤为折射率导光型,其中心圆孔表面镀氮化钛薄膜,内部填充具有较大热敏系数的乙醇和氯仿的混合液体,其纤芯模与表面等离子体激元耦合的共振波长偏移可反映液体混合物的温度或折射率.利用全矢量有限元法分析了不同因素对传输损耗谱及其共振波长的影响.仿真结果表明：外包层空气孔直径增大,以及最内层包层空气孔直径和空气孔间距减小可以提高耦合效率,从而增强共振峰.对比分析发现在一20℃~120℃温度范围内,氮化钛薄膜比传统金膜表现出更好的等离子传感特性,随着膜厚增加,其共振波长偏移量增加,温度灵敏度提高,灵敏度最高可以达到6.22 nm/K.

基于氟掺杂双芯光子晶体光纤偏振光分束器的设计及研究

在光子晶体光纤二氧化硅材料中掺入氟元素、在光纤中引入七个椭圆空气孔以及三角形和矩形周期性空气圆孔,设计了一种氟掺杂双芯光子晶体光纤偏振光分束器.对该分束器结构参量进行优化,对分束器分离两正交偏振光的性能进行分析.结果表明:在优化结构尺寸下,当光纤长度为102.717μm的超短长度时,在1.55μm波长处具有超强的分离两束正交偏振光的能力,消光比可以达到126.442dB,具有60nm的有效带宽.此偏振光分束器在大容量光通信系统中具有重要的应用价值.

双芯光子晶体光纤耦合器模型优化研究

为了优化双芯光子晶体光纤耦合器的耦合性能,采用改变两纤芯间空气孔的结构和孔内折射率的方法,得到了双芯光子晶体光纤耦合器的优化模型。基于光束传播法数值分析出两纤芯间空气孔尺寸以及孔内注入材料折射率的变化对双芯光子晶体光纤耦合器的耦合性能的影响。结果表明,由于光纤的整体结构不变,使得光纤损耗系数保持不变;减小双芯间的空气孔孔径或增大孔内折射率都会使耦合器的耦合长度减小,两不同偏振方向的耦合长度差异减小,损耗减小;双芯间空气孔内折射率可调性强,使得光纤耦合器的耦合性能有易调节的优点,为设计双芯光子晶体光纤耦合器的优化模型提供了理论支持。

基于金线填充的双芯光子晶体光纤偏振分束器（英文）

提出了一种基于金线填充的双芯光子晶体光纤超短偏振分束器,并进行了有限元分析.金线表面激发的表面等离子激元与双芯光子晶体光纤纤芯模之间的强烈耦合,导致更短的偏振分束器长度和更大的工作带宽.与同类的偏振分束器相比,所提出的偏振分束器能同时实现较短的长度和较高的消光比.数值结果表明,长度为0.263mm的偏振分束器,在波长1.55μm处消光比达-70dB,-20dB消光比带宽为124nm.

双芯光子晶体光纤的带隙及色散特性

为了研究双芯光子晶体光纤的带隙和色散特性,采用平面波展开法计算了双芯光子晶体光纤的带隙特性,当相对孔径 d/A≥0.2时,归一化传播常数βA的增大,导致光子禁带宽度增加,利用空气导光的工作波长范围越大。并采用全矢量模型分析了双芯 PCF 的色散特性,得到了通过适当调整光纤的结构参量,可以获得灵活的色散特性的结果。当孔距 A=2μm、相对孔径 d/A=0.4时,在波长1.55μm附近,获得近480nm 的超平坦色散区;随着相对孔径和孔距的增大,零色散点向短波长方向移动。这为制作高效传输光信号和高性能的保偏光纤提供了一个有效途径。

可调谐双芯光子晶体光纤波分复用器设计

数值分析了双芯光子晶体光纤的耦合特性,设计出0.85/1.55μm、0.98/1.55μm和1.3/1.55μm基于通信波段的波分复用器件,其光纤长度分别为542μm、996μm和932μm。在双芯光子晶体光纤的基础上,光纤长度固定不变时,通过调节中心空气孔材料折射率,材料折射率分别为1.281、1.343和1.348,实现对0.85/1.55μm、0.98/1.55μm和1.31/1.55μm波长的可调谐复用和解复用。

用于液压传感的双芯光子晶体光纤（英文）

采用全矢量有限元方法进行光纤设计优化,得到横截面上失去两层空气洞的双芯光子晶体光纤,可用于液压传感.优化的双芯光子晶体光纤的模场半径和数值孔径与单模光纤基本一致,在优化的双芯光子晶体光纤和单模光纤之间有一个相对较低的熔接损耗.计算结果表明由模场半径和数值孔径导致的不匹配造成的总共损耗可低至0.026dB,低于传统光子晶体光纤和单模光纤0.1dB的直接熔接损耗.对基于20cm双芯光子晶体光纤的液压传感器的性能进行研究,结果表明在0~500 MPa量程内的灵敏度为-1.6pm/MPa.

基于游标效应的双芯光子晶体光纤温度传感器

设计了一种基于双芯光纤耦合效应和游标效应的高灵敏度温度传感器,传感器是由2个相差一定长度的双芯光子晶体光纤和单模光纤级联构成。双芯光子晶体光纤通过级联实现游标效应,同时对纤芯中间的气孔填充乙醇实现温度传感。仿真结果表明,该温度传感器在35℃~45℃范围内的平均温度灵敏度可达−20.37 nm/℃。与单纯依靠双芯光子晶体光纤能量耦合效应的传感器相比,该传感器的温度检测灵敏度提高了10倍。

掺杂型双芯光子晶体光纤高灵敏声压传感结构

为了解决石英材料高杨氏模量对光纤传感器均匀径向上灵敏度提升的限制,提出一种掺杂型双芯光子晶体光纤传感结构。该设计将圆形空气孔分列在光纤包层上,构成六边形晶格,在其单侧空气孔环绕的基材区域掺入聚甲基丙烯酸甲酯材料。利用COMSOL分析了均匀应力作用下光纤截面参量对声压灵敏度的影响,得到最优参量匹配结构。结果表明,kPa量级的声压作用下,自由光谱宽度约13nm;MPa量级的声压作用下,自由光谱宽度约2.5465nm,在1550μm波段下,x偏振声压灵敏度达0.15942nm/kPa;相比Saganc光子晶体光纤压力传感器,传感尺寸小,均匀径向灵敏度提高了46.6倍。该研究对下一代水下声压传感器的设计有帮助。

双芯光子晶体光纤温度传感器

文章设计了一种双芯光子晶体光纤温度传感器,利用纤芯间高折射率柱的谐振效应实现对温度的精确传感。在纤芯间空气孔中注入液晶材料,利用液晶材料折射率的温度变化特性,使温度变化对双芯间的耦合特性产生影响,从而实现对温度的精确传感。仿真结果表明,通过测量双芯透射光功率就可以实现对温度的测量,其灵敏度可以达到2.5 mW/K。

填充甲苯的高温度灵敏度双芯光子晶体光纤

为进一步提高光纤温度传感器的灵敏度,同时抑制偏振态漂移、模间干扰,提出一种新型双芯光子晶体光纤(PCF)温度传感结构。采用COMSOL建立温度传感模型,在其近芯区的椭圆孔内填入甲苯,利用全矢量有限元法(FEM)研究不同结构参数和填充液体对温敏特性的影响,通过分析双折射变化规律得到最优参数选择方案。基于萨格纳克干涉传感原理,对最终所得光子晶体光纤的温敏特性进行仿真验证,获得温度与透射谱的对应关系。结果表明,该光子晶体光纤的灵敏度约为9.56 nm/℃,光纤长度小于传统光纤传感单元,温度传感区间为-90℃~105℃,适于低温与常温范围内的高灵敏度温度传感。

基于双芯光子晶体光纤耦合微扰传感器

为了实现高精度温度传感的目的,设计了一种新型双芯光子晶体光纤耦合微扰传感结构,采用有限差分光束传播法对该结构的传感特性进行了分析。利用RSOFT软件的Beampronp模块对该传感器特性进行了仿真研究。结果表明,在满足双芯耦合条件下,折射率灵敏度可达7000nm/RUI;耦合间距灵敏度可达2;在填充液体为乙醇时,该传感结构可实现温度范围为278K~338K的检测,在该范围内的灵敏度可达4nm/K。该传感器检测线性度高、工艺简单,对其它相关传感器的研究有一定帮助和意义。

双芯光子晶体光纤的色散特性研究

文中利用FDTD方法模拟了光波在双芯光子晶体光纤中的色散特性。给出了FDTD方法的理论基础和仿真结果,同时分析了色散特性与占空比的关系,在相同的空气孔间距条件下,占空比越大,反常色散峰值越大,峰值色散点往短波区域移动。

双芯光子晶体光纤横向压力特性分析

传统光纤式压力传感装置由于结构及材料的限制,其灵敏度难以进一步提升。基于马赫-曾德尔干涉传感原理,设计一种掺杂型双芯光子晶体光纤(DC-PCF)横向压力传感结构。根据不同掺杂材料和光纤截面结构参数对压敏特性的影响,分析压力灵敏度与光纤结构关系,综合模场面积,获得高压力灵敏度DC-PCF结构。仿真结果表明:当入射传输波长为1550 nm、双芯光子晶体长度为6 cm时,横向压力下X偏振压力灵敏度可达37.56 nm/MPa,Y偏振压力灵敏度可达35.27 nm/MPa。相对传统光子晶体横向压力传感器,该传感结构的压力灵敏度提高了近60倍。

基于双芯光子晶体光纤的耦合器设计方法

采用光束传播法对双芯光子晶体光纤中光纤结构参数对纤芯间耦合效率的影响进行分析。首先,根据双芯耦合原理,使用最小二乘法对波导间的耦合系数等参数进行估计,明确孔间距、纤芯折射率差、中央空气孔直径比例、纤芯直径比例、空气孔直径比例和空气孔对称度等参数对双芯光子晶体光纤耦合比及耦合区长度的调节作用,提出一种基于双芯光子晶体光纤的耦合器性能粗调与微调设计方法。然后,根据这一耦合器设计方法,提出一种非对称的双芯光子晶体光纤宽带定向耦合器。该耦合器在1.31~1.55μm区间实现了50%±5%的耦合比,带宽为240 nm,并具有3 mm的超短耦合长度。本研究成果可为光纤宽带定向耦合器的高效设计提供有意义的参考。

高双折射双芯光子晶体光纤特性

提出一种新型的高双折射双芯光子晶体光纤(PCF)模型,通过将最内层8个空气孔替换为4个椭圆空气孔来增大光纤的结构不对称性;通过改变两纤芯间的空气孔大小、椭圆空气孔的椭圆度以及孔间距来分析光子晶体光纤的双折射度、耦合长度以及色散特性。结果表明,双芯光子晶体光纤的模式双折射度达到10-2量级,耦合长度达0.1367mm,在1.0～1.6μm波长范围内具有超平坦色散特性。