低损耗紫外空芯反谐振光纤的设计与研究

通过仿真模拟设计了一种低损耗紫外空芯反谐振光纤。首先,基于有限元法,建立了紫外空芯反谐振光纤的理论模型。其次,通过调整光纤反射层和空气填充比例等参数,并采用反谐振效应控制光的传播和反射,进一步优化了光纤的性能和损耗值。最后,采用有限元法对设计的紫外空芯反谐振光纤进行仿真计算,可得光纤在传输波长为375nm时取得最小传输损耗,为0.00326dB/m,对应的在弯曲半径为5cm时的弯曲损耗为0.00625dB/m,并具有高效率和稳定的模式输出。该研究为开展紫外空芯反谐振光纤的高性能仿真设计提供了重要的参考和指导,并为实际应用提供了更多可能性。

空芯反谐振光纤长距离通信的机遇与挑战

空芯反谐振光纤(HCARF)的科学研究取得了突破性进展,其有望突破现有传统光纤的一些固有本征限制。HCARF将光束缚在空气芯中,在传输及其应用上具有传统光纤不可比拟的优势,因此,HCARF成为当前光通信领域的研究热点。文章介绍了HCARF的导光机理,并分析了其在光纤通信系统中的容量优势,阐述了HCARF的发展机遇与面临的挑战,希望能够为我国下一代通信大容量超宽带长距离传输光纤提供一定的参考价值与借鉴。

长距离空芯反谐振微结构光纤的制备研究

石英基空芯反谐振微结构光纤具有结构简单,高激光损伤阈值,带宽宽等显著优点。目前制备工艺是限制该光纤发展和应用的主要原因之一。常见报道中该种光纤的制备长度仅有几百米,为了提高制备效率,降低制备成本,增加单次制备长度,必须提高预制棒的尺寸,而较大尺寸的预制棒在制备和拉制时,对压力分区系统的制作和可靠性提出挑战。本文针对空芯反谐振微结构光纤的长距离制备工艺进行探索性研究,创新性提出全石英分区控压方式并进行低温拉制实验,采用一次拉制工艺成功实现单次制备长度为1.05 km的光纤,在波长3.5~5μm,实现损耗约10 dB/m。

空芯反谐振和光子带隙复合光纤的优化设计

空芯反谐振和光子带隙复合光纤是刚刚兴起的一种新型空芯微结构光纤。由于这种光纤可同时实现低损耗和单模传输的特点,所以可应用于光纤陀螺、光纤激光通信等领域。为了实现良好的单模性和低损耗,本文对此种光纤的基模和高阶模的限制和散射损耗进行了计算,通过优选光纤内包层气孔归一化内径d/D和内包层气孔壁厚度t,得到了当d/D=068,t=500nm时,在工作波长1500~1590nm范围,空芯反谐振和光子带隙复合光纤可实现良好的单模性和低损耗。

反谐振空芯光纤冷原子导引

利用852 nm导引光产生的偶极势阱将经激光冷却的87Rb冷原子团装载并导引进入反谐振空芯光纤中。提出了空芯光纤内原子系综的光学深度理论模型,利用该模型对光学深度透射谱进行拟合获得谐振光学深度。在此基础上利用飞行时间法估算空芯光纤内原子团的径向温度和原子数目等参数。系统性地实验研究了偶极势阱深度、原子团初始温度、原子团初始空间位置等条件对导引结果的影响,确定了空芯光纤导引冷原子团实验的参数优化方向,为基于空芯光纤的冷原子干涉仪技术奠定了基础。

基于包层管正曲率调控的新型太赫兹反谐振光纤

针对光纤包层管正曲率部分现有研究较少的情况,提出一种基于包层管正曲率调控的新型太赫兹反谐振光纤。首先,对比研究了圆形包层管与半圆半椭圆形包层管的太赫兹反谐振光纤的结构,分析了正曲率对光纤限制损耗的影响及主要机理;然后,对太赫兹反谐振光纤的结构进行优化,即在光纤间隙处采用了2层包层管结构;最后,对3种结构的光纤的限制损耗性能进行仿真计算,并对新型太赫兹反谐振光纤的单模特性进行分析。仿真结果表明:与其它结构的光纤相比,新型太赫兹反谐振光纤的限制损耗为10-5 dB/m数量级,且在2.5~3.1 THz波段保持良好的单模特性。

变压器故障特征气体空芯反谐振光纤增强拉曼光谱检测

油中特征气体检测与分析是判断油浸式电力变压器早期潜伏性故障的有效方法之一。拉曼光谱技术具有利用单一波长的激光同时实现混合气体直接检测的独特优势。然而,拉曼信号弱导致气体检出限较高,无法满足变压器故障特征气体检测需求。鉴于此,该文开展变压器故障特征气体空芯反谐振光纤增强拉曼光谱检测研究,对H、CO、CO、CH、CH、CH、CH等气体的检出限分别达到了8、22、5、2、6、3、3μL/L;结合最小二乘法,建立各气体特征拉曼峰峰面积与其浓度间的定量分析模型,并对配置的气体样品进行检测与分析。研究表明,光纤增强拉曼光谱技术具有高选择性、低检出限、高准确性及重复性,为变压器故障特征气体拉曼光谱在线监测与变压器故障诊断奠定了基础。

一种红外波段低损耗空芯反谐振光纤的设计与研究

提出一种红外波段低损耗的空芯反谐振光纤,石英包层管为半圆半椭圆拼接结构,采用全矢量有限元法进行设计与研究。半椭圆管的半短长轴与半圆管的半径相等,将半圆管与半椭圆管进行拼接,改变半圆的半径以及半椭圆管的半长轴来改变靠近纤芯处的负曲率以及远离纤芯的正曲率,进而研究包层管的正负曲率对空芯反谐振光纤的损耗特性的影响,设计应用于1. 5~3. 0μm波段的低损耗空芯反谐振光纤。结果显示负曲率较小正曲率较大时限制损耗效果更好。当靠近纤芯处为圆形半管远离纤芯处为椭圆半管,圆形半径ry=25μm,椭圆的半长轴rx=65μm,半短长轴ry=25μm时,光纤最低限制损耗在波长2. 1μm处为8. 22×10^(-2)dB/km。

过孔激起反谐振对信号传输的影响

针对过孔激起的平面谐振对传输线传输效果有着严重影响这一问题,提出了一种能够准确预测平面过孔对传输效果影响的方法.将过孔与平面谐振紧密结合,补充了平面模式阻抗抑制法所没有讨论的情况,通过引入线性网络阻抗Z参数模型,可以准确判断不同位置处,激起相同谐振频率的两过孔传输效果是否优于单一过孔.此外,对多种过孔的传输效果进行了分析.仿真结果表明,当考虑平面谐振对传输效果的影响时,电源地平面间应尽量使用通孔;在多层印刷电路板中的信号线上,当过孔造成信号两次换层时,返回路径仅在离平面边沿最近处改变.

去耦电容特性阻抗反谐振点的分析与应用

电源分配网络(PDN)的阻抗在指定频段内要求足够低。两个不同容值的并联去耦电容可以降低PDN的阻抗,但是其等效特性阻抗所产生的反谐振点也会引入到PDN阻抗中,该点可能会超过目标阻抗,所以需要合理地选取去耦电容器,尽可能降低该点阻抗。从并联电容的等效电路模型出发,推导并验证了电容参数与反谐振点频率、反谐振点阻抗的数学模型;随后通过实例将该模型应用于基于目标阻抗的设计方法中,证明了该模型实施的直观性和有效性。

扬声器锥形振膜环反谐振频率的计算

本文在求解扬声器锥形振膜低频振动的基础上，得到了计算扬声器锥壳环反谐振频率的精确公式，并借助特征频率反比于质量平方根的物理概念，推出了适于工程应用的近似公式，其偏差在３％以内。

四次方反谐振子势的低束缚态的精确求解

本文将一种广泛用于固体物理中能谱计算的近似方法递推法用以量子力学中非严格可解势阱之束缚态的精确求解．讨论了其工作原理及同变分法的关系，并对截断误差进行了分析．针对四次方反谐振子势及其双阱势的束缚态．借助微机和Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ软件，求得其低束缚态能级的数值可达二十几位准确的有效数字，从而提供了高精度地求解非严格可解势束缚态的一种可行的简单有效的非微扰方法，也可以对其他近似计算方法及结果进行对比和验证．

两节反谐振式网络输出方波脉冲的参数计算

研究了反谐振式脉冲形成网络的紧凑化、小型化问题。介绍了两节反谐振式网络的组成和特点,并建立了相应的电路模型,运用电路的拉普拉斯变换和方波的傅里叶级数展开,通过波形拟合和参数对比的方法,找到了一种解决此类型电路输出方波脉冲的参数计算方法。模拟仿真结果显示:此网络输出的方波脉冲平顶约占整个脉冲时间的1/4且基本无抖动,前沿约占整个脉冲时间的1/7,半高宽约占整个脉冲时间的5/7。利用此方法设计了一套实验装置,并进行了初步的实验探究,实验结果表明:利用两节反谐振式网络可获得输出波形质量较好的百ns级方波脉冲输出,与理论分析结果基本一致。

太赫兹双芯反谐振光纤的设计及其耦合特性

设计了一种新型的太赫兹双芯反谐振光纤,利用有限元分析法对光纤的损耗特性、双芯之间的耦合特性等进行了理论分析.结果表明,单芯反谐振光纤在一定范围内改变内包层管的排列分布,其传输特性并不会受到明显的影响,据此可以改变双芯光纤的内包层管的排列分布,从而利用模式泄漏耦合机制在太赫兹波段实现双芯反谐振光纤的定向耦合.本文通过改变纤芯距离和纤芯间的间隙大小,在2.5 THz的传输频率下实现了耦合长度为0.72 m的定向耦合,这种太赫兹双芯反谐振光纤将在太赫兹光开关、调制器和耦合器等太赫兹光学器件中具有重要的应用价值.

二维反谐振子在恒定垂直外磁场下的逗留时间

粒子逗留时间的计算是量子力学基本问题之一.本文对处于垂直外磁场下的二维反谐振势模型运用费曼路径积分方法,得到了初始时刻位于原点的高斯波包随时间的演化方程,然后计算了带电粒子的逗留时间.根据计算结果讨论了初始高斯波包在不同宽度情况下,磁场对逗留时间的影响.结果显示,逗留时间刚开始随着磁场强度的增加单调增加,但当磁场强度足够大,使得拉莫尔频率wc超过谐振子频率w0时,逗留时间将变成无穷大,这与三维情况下的逗留时间仍然持续增加的结果有很大不同.

超低损耗高双折射空芯反谐振太赫兹光子晶体光纤

本文提出了一种以环烯烃共聚物(Cyclic Olefin Copolymer,COC)为基底的超低损耗高双折射空芯反谐振太赫兹光子晶体光纤,该光纤的包层由两组(共六个)无节点嵌套管组成。采用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain method,FDTD)结合完美匹配层(Perfectly Matched Layer,PML)边界条件对其导波特性进行分析。仿真结果表明,在0.8~1.35 THz范围内,总传输损耗小于0.1 dB/m,双折射大于2.12×10^(-5),色散为±0.027 ps/THz/cm。在1.12 THz处,最低总传输损耗仅为0.543×10^(-2)dB/m,双折射值为2.06×10^(-4)。同时,分析了该光纤的弯曲性能,表明在y方向,当弯曲半径超过19 cm时,弯曲损耗小于0.1 dB/m,具有良好的弯曲性能。

窄带空芯反谐振光纤的制备及其模式转换应用研究

空芯反谐振光纤由于其优异的光学特性,如低非线性、超低群速度色散、低温度敏感性和高损伤阈值等,使其在大功率激光传输、量子通信、传感、航空航天等多个领域有着潜在的应用,成为未来最具发展潜力的特种光纤.由于空芯反谐振光纤能够将99.9%以上光场限制在光纤的空芯区域中,这也使其成为光纤滤波器、模式转换等领域的重要光子器件.本文针对980 nm单模激光器的迫切需求,研制了一种应用于980 nm多模激光转980 nm单模激光的空芯反谐振光纤,并对其应用进行了实验验证.

二氧化钒相变对太赫兹反谐振光纤谐振特性的影响及其应用

利用有限元分析软件COMSOL模拟包层管内壁涂敷有二氧化钒的太赫兹反谐振光纤,研究二氧化钒的相变对反谐振光纤传输特性的影响.研究表明,在太赫兹波段,二氧化钒的相变会促使反谐振光纤的反谐振周期发生极大的改变,在此过程中,光纤包层管对入射光束的作用效果由反谐振状态变为谐振状态,在不改变反谐振光纤结构的情况下,仅通过控制二氧化钒的相变即可实现对反谐振光纤纤芯中太赫兹波的有效调控.二氧化钒相变对反谐振光纤的这种调控效果在太赫兹调控器件领域有很广泛的应用前景,基于涂敷二氧化钒的反谐振光纤,本文提出一种太赫兹光开关及一种偏振调控器.其中,在波长为120μm处,光开关处于不同状态时对应的光纤损耗分别为0.5 dB/m与110 dB/m,并且通过激励光源诱导二氧化钒发生快速相变,有望实现快速光开关.在偏振调控器中,可以对反谐振光纤纤芯中太赫兹波的偏振状态以及偏振方向进行控制,偏振状态下光纤的双折射系数大于1.4×10^(-4).

反谐振反射光波导型VCSEL侧向辐射损耗的分析

使用柱坐标的传输矩阵法计算并分析了在反谐振反射光波导(ARROW)型垂直腔面发射激光器(VCSEL)中,不同的第一包裹层厚度对应的基模和一阶横模的侧向辐射损耗。与传统平板近似的方法相比,该方法更为精确地计算出了损耗的值,同时更为详细地表明了损耗随第一包裹层厚度变化的规律。并且指出第一包裹层的最佳厚度并不一定是传统认为的使基模得到反谐振效果即侧向辐射损耗最小时的值,而需要综合考虑基模和一阶模的侧向损耗。这对ARROW型VCSEL的设计具有重要的指导意义。

太赫兹波段反谐振光纤偏振分束器设计

偏振分束器是在光传感和集成光学等领域中非常重要的光学元器件,太赫兹波段被认为是未来大容量无线通信的载体。而双芯空芯反谐振光纤结构设计更加多变,对包层结构没有严格要求,能实现较高的性能以满足人们更多样化的需求,以双芯空芯反谐振光纤为基础设计适用于太赫兹波段的偏振分束器越来越值得深入研究。提出一种以环烯烃聚合物为基底材料的双芯空芯反谐振光纤,通过改变光纤结构参数进一步分析调整,并在此基础上进行了偏振分束器的设计和优化,其结构参数为:内包层管壁厚为90μm,内包层管外半径为335μm,外管内半径为2 000μm,外管外半径为2 500μm。最后得到长度为119 cm,消光比为-24.831 3 dB,带宽约为2.2μm的太赫兹波段偏振分束器。