抗弯曲大模场面积少模光子晶体光纤

为更好地解决少模光纤在传输中由于模式耦合过强而导致的信号串扰问题,对弱耦合光子晶体光纤中的线偏振(LP)模式以及矢量模的传输特性进行了研究,设计了一种可传输20种矢量模的双包层光子晶体光纤。通过有限元法模拟光纤参数对相邻LP模式间最小有效折射率差的影响,优化结构参数,使光纤支持稳定传输6种LP模式并满足弱耦合要求。最后分析了不同模式的有效模场面积、弯曲损耗。结果表明:各模式之间的最小有效折射率差达到1.12×10^(-4),表明模式间的串扰可忽略。基模有效模场面积达到了1040μm^(2),且其相应的非线性系数低至1.07×10^(-10)。此外,在弯曲半径为38 mm时,各模式弯曲损耗最大仅为5.65×10^(-8)dB/km。与主流的单模光纤及少模单包层相比,该结构具有大模场面积,低模间串扰及更强的抗弯曲能力,丰富了空分复用技术的开发思路。在大数据、虚拟现实、网络传输容量等新兴业务以及光纤传感方面提供了有益的参考方案。

大模场面积光子晶体光纤激光器展宽脉冲锁模域的束缚态运转

实验研究了大模面积光子晶体光纤飞秒激光器在近零色散点展宽脉冲锁模的束缚态运转。获得了双脉冲束缚态锁模,以及脉冲间隔不相等的多脉冲束缚态锁模,实验发现束缚态的子脉冲间距具有随机性。通过建立光纤锁模激光器的数值模型,分析了激光器束缚态锁模建立的动力学过程,在一定抽运强度下,激光器存在多个稳态,或者单脉冲运转,或者子脉冲间隔不相等的束缚态运转,这取决于锁模建立阶段半导体可饱和吸收镜(SESAM)对噪声信号的随机提取。并提出了抑制束缚态的方法,模拟得出此项技术可直接获得的最大单脉冲能量为19.6 nJ,考虑到40%左右的压缩损耗,可得到压缩至76 fs的最短脉冲,单脉冲能量为11.8 nJ。数值模拟结果能很好的与实验相符合。

大模场面积光子晶体光纤耗散孤子锁模激光器

研制了一种基于掺Yb3+的双包层大模场面积偏振光子晶体光纤的耗散孤子锁模激光器.利用数值模拟分析了光纤激光器中耗散孤子动力学过程,与全正色散锁模激光器相比,脉冲窄化机理更加丰富,半导体可饱和吸收镜(SESAM)的非线性吸收,啁啾脉冲的光谱滤波以及光纤的增益色散同时起作用,这些因素使耗散孤子锁模更加容易实现,并且稳定运行.其中,光谱滤波的耗散过程是稳定锁模机制的主导因素,滤波片能够在频域和时域同时窄化脉冲,并且去除脉冲啁啾,限制脉冲在腔内始终小于1ps.在实验上实现了无色散补偿腔中直接输出脉冲宽度777fs,最高平均功率达到1W,重复频率48·27MHz,对应单脉冲能量20nJ的飞秒激光.

高双折射低有效模场面积SF57软玻璃光子晶体光纤设计(英文)

设计了一种包层为椭圆孔排列的六边形结构SF57软玻璃光子晶体光纤,在其纤芯区域引入了菱形排列的四个小椭圆孔.利用有限元法模拟了该光子晶体光纤的双折射和有效模场面积,获得了波长1.55μm处双折射为1.01×10^(-1),x和y偏振的有效模场面积分别为1.52μm^2、1.55μm^2的高双折射低有效模场面积光子晶体光纤.且对该光纤的结构参数进行了实验制作的容差性分析,得到了较大的制作容差对其光纤的双折射影响很小,具有较好的偏振稳定性.

高脉冲能量大模场面积光子晶体光纤飞秒激光器

报道了一种支持高单脉冲能量输出的被动锁模飞秒光纤激光器.该激光器使用具有极低非线性系数的掺Yb3+双包层大模场面积偏振光子晶体光纤作为激光增益介质,具有很好的环境稳定性.激光器基于线形腔结构,没有色散补偿,利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)实现自启动锁模,获得了平均功率为2.5W,重复频率为51.4 MHz(对应于50nJ的单脉冲能量),脉冲宽度为4.2ps的稳定的连续波锁模脉冲输出.经腔外色散补偿,脉冲宽度压缩至410fs.当激光器输出功率比较低时,脉冲成形由SESAM的非线性吸收决定,而在高功率输出的情况下,激光器的锁模运转主要取决于自相位调制展宽光谱与增益带宽的限制之间的平衡.

高能量掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤孤子锁模飞秒激光器

实验研究了基于掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤的孤子锁模激光器,获得了高脉冲能量的飞秒激光输出.激光器基于线形腔结构,利用光栅对补偿腔内色散,并通过半导体可饱和吸收镜实现锁模的自启动.实验中从振荡级直接获得了平均功率为700 mW,重复频率为47.3 MHz(对应于14.8 nJ的单脉冲能量),脉冲宽度为518 fs的稳定锁模脉冲输出.与普通孤子锁模飞秒光纤激光器相比,输出的单脉冲能量提高了两个数量级.

自由耦合输出的大模场面积光子晶体光纤锁模激光器

对一种基于高增益掺Yb3+大模场面积光子晶体光纤(PCF)的锁模激光器进行了简化线型腔结构的实验和理论研究.实验中直接使用塌陷打磨为0°角的光纤端面作为一端腔镜,利用其端面反馈获得了激光振荡,并进一步利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)和光栅对的滤波作用实现了稳定的锁模运转.通过调节滤波程度,使激光器实现了从宽带滤波锁模到窄带滤波锁模的连续可调谐.在宽带滤波锁模的条件下,得到了最大平均输出功率2.2W,单脉冲能量29.3nJ,脉冲宽度367fs的锁模脉冲输出;在窄带滤波锁模的条件下,获得最大平均输出功率4W,单脉冲能量53.3nJ,脉冲宽度1.14ps的锁模脉冲输出.在理论上利用分布傅里叶方法对激光器进行了数值模拟,模拟了锁模脉冲在激光器内的提取演化过程,以及脉冲在腔内不同位置对应的特性变化.

新型三角芯抗弯曲大模场面积光子晶体光纤

提出了一种新型三角芯抗弯曲大模场面积光子晶体光纤.该结构采用单一尺寸的圆形空气孔,降低了制作难度.在波长1.064μm处,在平直状态和弯曲半径为30 cm时,模场面积分别为1386μm2和1153μm2,弯曲带来的模场面积减少量仅为16.85%.当弯曲半径为30 cm时,基模的损耗为0.087 dB/m,二阶模的损耗大于1.5 dB/m,大的损耗差有效保证了光纤单模运转.此外,弯曲半径30 cm时,弯曲方向角扩展至±180,光纤弯曲不再受弯曲方向的限制.所设计的光纤结构具有大模场面积、小的模场面积减少量、低的弯曲损耗以及低的弯曲方向敏感度等优势,为小型化、集成化高功率激光传输及光纤激光器和放大器的研究奠定了基础.

新型抗弯曲大模场面积光子晶体光纤

研制出一种新型抗弯曲大模场面积石英光子晶体光纤.利用光子晶体光纤结构设计的灵活性,通过规划缺陷的位置及空气孔的尺寸,实现了大模场面积单模及低弯曲损耗特性.应用建立的实际光子晶体光纤特性分析模型,研究了研制光纤的模式特性和弯曲特性,在波长1064nm处,平直状态下光纤的模场面积可以达到2812μm2,基模限制损耗为0.00024dB/m,高阶模限制损耗高于1.248dB/m.基模和高阶模之间的高传输损耗差,保证了在获得大模场面积的同时实现单模传输.弯曲半径和弯曲方向角所带来弯曲损耗变化的研究结果显示,即使在弯曲半径小到5cm时,弯曲损耗也在103dB/m量级以下,而且在弯曲半径为30cm时光纤可承受的弯曲方向角范围扩展至60—60.研制的光纤具有良好的低弯曲损耗特性,可有效解决非对称结构所带来的光纤弯曲特性对弯曲方向角敏感的问题.该光纤在高功率光纤激光器、放大器及高功率传输等技术领域具有重要的应用价值.

具有小有效模场面积的高双折射光子晶体光纤(英文)

提出了一种在大波长范围内具有高双折射和小有效模场面积的光子晶体光纤。采用全矢量有限元法分析了该光纤的模场分布、有效模场面积、有效折射率以及偏振保持等特性。分析结果表明,该光纤的双折射很容易达到10-3量级,其双折射值高于传统六角芯型保偏光子晶体光纤。此外,该光纤的有效模场面积比传统六角芯型保偏光子晶体光纤的小,这降低了光纤的损耗和弯曲损耗。适合应用于偏振特性及弯曲不敏感性要求都较高的实际光纤传感系统,例如光纤陀螺。

大模场面积光子晶体光纤全正色散自相似锁模激光器

通过数值模拟和实验研究了一种基于大模场面积光子晶体光纤的高功率全正色散自相似锁模激光器。激光器采用长为1.9 m的掺镱双包层大模场面积光子晶体光纤作为增益介质,腔内没有引入色散图,整个激光器工作在全正色散域。激光器采用环形腔结构,利用非线性偏振旋转锁模和一个窄带高斯滤波器实现了稳定的自相似锁模运转。实验最终获得了直接输出平均功率为5 W,重复频率为72 MHz,单脉冲能量超过69 n J,脉冲宽度为1.699 ps的自相似锁模脉冲输出,经过腔外1200 line/mm的透射光栅对压缩后脉宽为84 fs。激光器可以实现自启动锁模,光束质量因子M2为1.41。

一种高双折射大模场面积的光子晶体光纤

为了解决光纤在大的模场面积、高的双折射、低的弯曲损耗以及单模传输方面的均衡问题,设计了一种具有高双折射的大模场面积光子晶体光纤.该光纤包层由四圈三角晶格圆形空气孔组成,纤芯由矩形晶格椭圆空气孔组成,研究了结构参数对光纤的有效模面积、双折射、泄露损耗、弯曲损耗以及单模传输等特性的影响.数值分析证明,在1.55μm波长处,通过对光纤参数的调整,可实现4.47×10-4的双折射,377μm2的有效模面积,0.08dB.km-1的泄露损耗以及0.156m的可容许弯曲半径.与此同时,通过对参数的进一步设计,可得到1.3～1.68μm波长范围内的低泄露损耗单模单偏振光子晶体光纤,有效克服了光纤在偏振串扰、偏振模色散以及偏振相关损耗等方面的问题.

大模面积色散平坦光子晶体光纤的优化设计

设计了一种正八边形空气孔排列的大模面积色散平坦光子晶体光纤，借助多极法对这种结构的光子晶体光纤的模场面积、有效折射率、色散系数和限制损耗进行了数值模拟。结果表明，正八边形空气孔排列的光子晶体光纤的模场面积较相同空气孔间距和空气填充率的正六边形空气孔光子晶体光纤大，且其色散曲线可以在很宽的波长范围内保持色散平坦并具有较低的色散值。主要分析了当这种光纤的结构参数发生改变时，光纤的限制损耗、有效模面积以及色散特性的变化规律，最终通过选择适当的参数，设计了在1300-1650nm波长范围内色散平坦的大模面积光子晶体光纤。

调Q掺Yb大模面积光子晶体光纤激光器研究

利用掺Yb大模面积双包层光子晶体光纤和声光调制器(AOM)研制了调Q光子晶体光纤激光器．在65 kHz的重复频率下,得到了最大平均功率为2．5 W,脉冲宽度(FWHM)120 ns,峰值功率320 W,单脉冲能量38．5μJ的调Q单模激光脉冲,激光中心波长为1 038．4 nm．分析介绍了实验中出现的多脉冲现象和激光脉冲重复频率的演化及其原因．

保偏光子晶体光纤的近圆形模场分布特性

在光纤陀螺中,由于保偏光纤的性能易受环境的影响,制约了光纤陀螺稳定性和精度的进一步提高。保偏光子晶体光纤的研究为光纤陀螺解决环境适应性问题提供了新思路,针对保偏光子晶体光纤与传统光纤的模场匹配问题,采用有限元方法,对保偏光子晶体光纤的保偏性能和模场分布特性进行了分析与研究。通过分析不同空气孔尺寸对保偏光子晶体光纤性能的影响,得到其保偏性能与模场分布特性存在相互制约性。提出了一种改善保偏光子晶体光纤模场分布的方法,并通过仿真分析验证了这一方法的可行性,这为光纤陀螺用光子晶体光纤的发展提供了借鉴。

光子晶体光纤模场直径增加方法

通过加热光子晶体光纤,其包层中空气孔由于表面张力的作用而塌缩减小。理论和实验结果表明,空气孔的塌缩在满足波导的渐变条件下,引入的能量损耗非常小。空气孔的塌缩减小,可以有效地增加光子晶体光纤的模场直径,从而不仅可以提高光耦合的效率和光纤端面的损伤阈值,而且可以降低与其它模场直径不匹配的普通光纤的熔接损耗。

大模面积掺镱光子晶体光纤的制备与性能测试

采用打孔取芯新技术去除掺镱芯棒石英表皮,有效地解决了大模面积掺镱光子晶体光纤有源区面积难以增大的难题,提高了加工的精度与效率;采用加压拉丝新技术,解决了光子晶体结构容易变形的问题,得到了完整、规则的双包层光子晶体光纤。最终制备出纤芯直径70μm的光子晶体结构大模面积有源光纤,并实现了激光输出。

基于粉末烧结技术制备镱铝共掺大模场光子晶体光纤

采用粉末烧结技术制备出高浓度镱铝共掺石英棒,Yb3+掺杂浓度为12 000ppm(wt).利用此掺镱石英棒作为纤芯,拉制出镱铝共掺大模场光子晶体光纤,光纤模场面积为550μm2,模场直径26μm.实验结果表明:光纤在近红外波段(850～1 033nm)出现一个宽的吸收带,主吸收峰波长位于976nm,在此波长处吸收损耗高于10dB/m;采用波长为971nm的激光泵浦光纤,在1 050～1 125nm波长范围内产生高斯型的荧光峰,峰值波长位于1 088nm处,荧光半宽高45nm.

全内反射型大模式面积光子晶体光纤设计

利用平面波展开法对全内反射型光子晶体光纤的模场分布进行了理论分析和数值模拟,发现通过改变光纤包层结构能够改变模场分布和色散特性,并且利用其特有的"无截止单模"特性。

一种风扇型包层结构的大模场光子晶体光纤

为满足化工领域中光纤气体传感器、光纤液位传感器和高功率光纤激光器、放大器的设计需求,提出一种风扇型包层结构的大模场光子晶体光纤。仿真分析其空气孔间距和空气孔直径对光纤性能参数的影响,结果表明:该光纤能够在1.3~2.0μm工作波长下进行单模传输,并可获得104μm2量级的超大模场面积,且其有效模场面积随波长的变化呈现出平坦的特性;同时,该新型结构大模场光子晶体光纤具有多零色散点。