近零超平坦色散液体填充光子晶体光纤的设计

建立填充高折射率温度系数液体的六边形折射率引导型光子晶体光纤的数值模型,利用矢量光束传输法研究该类光纤的几何和光学参数对色散的影响,通过对孔径、孔间距等结构参数进行优化调整,设计出在1.46～1.65μm内色散系数介于0±0.5ps/(nm.km)之间的超平坦色散光子晶体光纤.

基于液体选择填充光子晶体光纤的波分解复用器研究

设计了一种基于液体选择填充三芯光子晶体光纤的1.31/1.55μm波分解复用器。中间为缺失一个空气孔的普通二氧化硅纤芯,左右两纤芯填充了不同折射率的液体材料。根据光纤消逝场耦合的模式理论,不对称相邻波导存在波长相关耦合。不同填充折射率的两纤芯与中间纤芯分别耦合,构成两个不同响应波长的光滤波器。通过选择合适光纤长度,可实现不同波长光的分离。采用全矢量有限元法分析了光纤的传输特性,讨论了填充不同折射率液体时波导间的模式耦合,得到了其匹配波长与耦合长度。基于光束传播法仿真发现,长度为4.88mm的光纤能实现1.31/1.55μm波长光的解复用。

空芯光子晶体光纤的塌缩及选择性液体填充

研究了一种空芯光子晶体光纤(HC-PCF)的微孔塌缩特性,所用设备为传统光纤熔接机,对塌缩后的光纤实现了液体的选择性填充。并通过有限元法仿真分析了该空芯光纤在液体填充前后的基本参数:有效折射率、模场有效面积、数值孔径。通过仿真对比发现空芯光纤在中心孔选择性液体填充后非线性效应增大;通过实验得出了最佳光纤塌缩参数为光纤端面距离放电中心距离为50μm,放电时间800ms,放电强度为15.5mA。

甘油填充光子晶体光纤的温度传感特性研究

文章利用PCF独特的孔洞结构进行热敏液体甘油填充,搭建了光纤温度传感测试平台,实验研究了甘油填充不同结构参数、不同光纤长度的PCFs的温控传输特性。甘油填充PCFs温度响应传输光谱不仅存在温控光强的特性,还包含1430 nm固定波长吸收峰。可实现110℃~280℃宽温度范围的温度测量,获得1430 nm波长处150℃时0.936 dB/℃的温度灵敏度,独特的温控特性使甘油填充PCFs可用于强度调制温度传感器和温控光纤衰减器。这种独特温度响应光谱具有可重复性,另外传输光谱在低温时存在带通滤波现象,可作为温控带通滤波器。文章的研究结果对设计和制备光纤温度传感器和光纤调制器件具有重要的参考意义。

一种基于光子晶体光纤的高灵敏度Sagnac型温度传感器建模研究

为提高Sagnac型温度传感器的测温范围和灵敏度,提供了一种具有高双折射高温度灵敏度特性的光子晶体光纤设计方法。通过在光纤空气孔内填充温敏液体材料,使光纤具有良好的温敏特性。在COMSOL中建立该光子晶体光纤的电磁场模型并对光纤特性进行分析计算,利用有限元法分析结构参数对双折射和光纤双折射温度灵敏度的影响,并在所确定结构基础上研究了温敏液体的填充方式和填充液体类型对光纤温敏特性的影响。确定了最优的结构和液体填充方式,最优情况下该光纤的双折射温度灵敏度能够达到2.0507×10^(−5)/℃,在1550 nm处可获得5.96×10^(−2)的双折射。将2 mm光子晶体光纤应用于Sagnac型温度传感器中并进行传感性能仿真分析,利用多项式拟合的方法对结果数据进行拟合以分析传感器的温度灵敏度,提高拟合准确性、减小测量误差。结果表明在0~75℃范围内传感器平均灵敏度可达11.28 nm/℃,与现有典型Sagnac型温度传感器相比,本文Sagnac型温度传感器在尽量减小光纤长度的基础上获得了较高的温度灵敏度,并且测温范围更大、准确性更高。因此,该传感器在温度测量领域有一定的应用前景。

选择性填充光子晶体光纤应变特性研究

微结构的光子晶体光纤,通过填充光敏等功能材料,具有可调谐、全光纤结构和易于集成等优点,是光纤光子器件发展的重要方向.毛细管法将高折射率的匹配液,填充到空心光子晶体光纤中邻近纤芯的空气孔中,两端熔接单模光纤,制成高灵敏的应变传感器.实验表明,当填充30mm长,折射率为1.508的匹配液时,测得应变灵敏度约为每应变4.36pm.实验结果与仿真结果相符,这种装置可用于高灵敏的应变传感.

基于酒精选择性填充光子晶体光纤的Sagnac应变传感器

提出了一种基于酒精选择性填充光子晶体光纤的新型Sagnac光纤环应变传感器,实现了对微小应变的高灵敏度测量.利用酒精对光子晶体光纤的选择性填充使之产生双折射效应,并将已经填充好的光子晶体光纤嵌入到Sagnac干涉环中,实现了Sagnac干涉效应.当给光子晶体光纤施加应变时,Sagnac干涉谱的波峰会随着应变变化而变化,实现对应变的测量.实验结果表明,当微应变在0-3 958时,测量微应变的灵敏度能够达到3.66 pm.同时,本结构具有高灵敏度、高稳定性、抗电磁干扰、易于搭建等优点.

高双折射80PbO·20Ga_2O_3中心填充光子晶体光纤特性（英文）

提出一种高折射率材料80PbO·20Ga2O3(PG玻璃)中心填充椭圆芯光子晶体光纤.基于有限元法对光子晶体光纤的双折射特性和模场面积进行数值模拟,并研究了椭圆芯尺寸、椭圆率和孔间距等光纤几何参量对双折射特性的影响.数值研究表明:在1 550nm波长处,双折射高达1.256×10-1,x偏振和y偏振模场面积分别为0.43μm2和0.68μm2;在910nm^1931nm的宽波段范围内,双折射始终保持10-1量级.该光纤可以作为保偏光纤应用于偏振控制、相干通信和光纤传感系统.

基于液晶填充的带隙型光子晶体光纤的滤波特性

在实芯光子晶体光纤的周期排列的空气孔包层中,填充高折射率液晶介质,使其形成光子带隙。由于填充后低折射率的纤芯周围分布着高折射率液晶棒,光子晶体光纤的横向因布拉格反射而形成了许多传输带,呈现多通道滤波特性。基于光子带隙理论,利用平面波展开法对填充液晶前后光子晶体光纤传导机制的转变进行了探讨,研究了填充液晶对光子晶体光纤滤波性能的影响。结果表明,当电场增大时,滤波通道中心向长波方向移动,滤波通道带宽增大;而对于相同的外加电场,随着液晶折射率的逐渐增大,滤波特性与电场增大情况类似,光子带隙开始向长波方向漂移,同时带隙的宽度也逐渐变大。

基于液晶填充的全内反射型光子晶体光纤的温度传感特性

在实心光子晶体光纤包层的空气柱中填充向列相液晶,选用液晶的折射率在所研究的温度和波长范围内小于光纤背景玻璃的折射率,形成全内反射型光子晶体光纤。采用空间填充基模折射率法求得填充液晶包层的有效折射率,用阶跃有效折射率模型研究了液晶填充光子晶体光纤的温度传感特性,并进行了数值计算。结果表明,液晶填充全内反射型光子晶体光纤的有效折射率和等效芯半径随温度升高而增大,在温度接近液晶相变点附近增大更快,二阶模截止波长随温度升高而减小,在温度接近液晶相变点附近减小更快。

基于磁流体填充的光子晶体光纤特性研究

研究了新型纳米材料——磁流体作为纳米量级的功能材料填入光子晶体光纤及通过外界条件的改变对磁流体特性的影响来引导光路的理论。搭建了仿真实验系统,完成了磁流体的填充过程,分别从磁场强度和温度变化两个方面实验研究了磁流体填充的光子晶体光纤的带隙移动情况,仿真结果验证了假设的正确性。

基于液体纤芯光子晶体光纤的低阈值受激拉曼散射

为了研究微结构光纤在光流体技术中的应用,在空芯光子晶体光纤（hollow-core photonic crystal fiber,HCPCF）纤芯中充入四氯化碳（CCl4）制成液芯光学微池,用1 064 nm的光源泵浦,测量CCl4的受激拉曼散射特性.利用包层孔塌缩技术将纤芯直径10μm,长1.8 m的HC-PCF两端包层孔堵住,CCl4在毛细作用力及外部压力下充满纤芯,其后将两端切去,由于包层空气孔的有效折射率（约1.1）低于CCl4（约1.45）,保证了全反射原理导光.用中心波长1064 nm,重复频率200 kHz,脉宽186ps,可调谐输出功率为01 W的光纤激光器作为泵浦源,泵浦CCl4液芯光纤产生了两级拉曼斯托克斯谱线输出,分别在1118、1172.3 nm处.通过调节泵浦功率测得一阶拉曼阈值对应的峰值功率为0.94 kW.结果表明:微结构光纤是光流体技术的良好载体.

选择性填充光子晶体光纤的高灵敏温度传感

为了研制具有更高灵敏特性的温度传感器,文章提出利用光子带隙效应,在PCF(光子晶体光纤)中选择性填充热敏液体实现高灵敏温度传感。应用全矢量平面波展开法计算光纤带隙,带隙及其宽度随温度规律性漂移。当在包层空气孔中选择不同位置和结构填充热敏液体时,发现仅填充内层空气孔时,带隙随温度漂移造成的变化率最大。当在包层第一层空气孔中填充热敏液体,晶格周期Λ=9μm,空气填充率分别选取d/Λ=0.9和d/Λ=0.5时,带隙边界波长检测和带隙宽度检测的温度灵敏度分别可达到22.07和7.01nm/℃,具有精确度高和系统结构简单的优点。

填充型增敏式光子晶体光纤压力传感器结构

为了实现光纤传感器压力增敏的效果,设计了一种具有高双折射的光子晶体光纤结构。采用有限元法计算光子晶体光纤在不同应力作用下的有效折射率,基于光子晶体光纤的压敏特性,分析光子晶体光纤的模式,并选择该结构里的一个空气孔,填充具有特定折射率的液体材料,构成新型压力传感器。该结构的压力灵敏度由COMSOL软件的仿真得出。结果表明,经填充液体后,偏振相位灵敏度从72rad/(MPa·m)提升至128rad/(MPa·m),显著提高了77.7%。该研究对增强传感器的力学性能有帮助。

光子晶体光纤液体传感器过渡区光场传输特性

采用有限元方法,通过数值模拟来研究用于液体光纤传感器的全反射型光子晶体光纤中的光传输特性.针对灌输液体后,光子晶体光纤过渡区呈现的双层环形结构进行分析,在所提出理论计算模型的基础上,给出了不同结构下的模场分布,讨论各参量对模场面积和能量分布的影响.研究结果表明,灌输液体后,光场要经历一个扩散后再集中的过程;在浸润凹液面处,模场面积和能量分布是随着凹面处内环半径的递增而逐渐集中的,而非浸润凸液面处模场面积则集中的更快;光纤中的光传输特性也受灌输液体的性质影响.这些都为光子晶体光纤液体传感器的设计提供了理论参考依据.

基于结构和填充的光子晶体光纤色散分析

为了获得色散平坦特性良好的光子晶体光纤,采用有限元法进行了理论分析和实验验证,取得了有效折射率、色散系数随波长的变化数据。当空气孔直径d=1.6μm、孔间距Λ=2μm时,在1.2μm^2.1μm波段内,色散平坦特性较好,且在1550nm波长处的色散系数值为108.20ps/(nm·km),并在此结构基础上,研究了填充材料、不同填充方式对色散特性的影响。结果表明,采用"十"字形的填充方式获得的色散特性更好,当采取普通酒精为填充材料时,波长在1550nm处的色散系数值可以减小到20.39ps/(nm·km),接近G.652标准单模光纤在1550nm处的色散系数值。这一结果对光通信领域的研究是有帮助的。

基于相位调制和光子晶体光纤Sagnac环的可调谐微波光子滤波器

提出了一种光子晶体光纤Sagnac环切割宽带光源的中心频率连续可调的微波光子滤波器.用温敏液体(Cat.19340)对光子晶体光纤(长度为5m)中心的一个大孔进行填充后嵌入Sagnac环.仿真分析了不同填充占空比对Sagnac环梳状谱周期和滤波器通带中心频率调谐范围的影响,测得占空比越大,Sagnac环的梳状谱周期越小,滤波器通带中心频率的调谐范围越大.在占空比最大的情况下,当温度为20℃和80℃时,Sagnac环的梳状谱周期分别为0.72nm和0.52nm,用该Sagnac环对宽带光源进行切割,当温度在20℃~80℃变化时,多波长光源波长间隔在0.72nm^0.52nm连续可调,实现了滤波器通带中心频率在15.5GHz^21.5GHz范围内连续可调.

光子带隙型光子晶体光纤温度传感特性分析

为了提高光子带隙型光子晶体光纤的温度灵敏度,提出了在纤芯环上并入高折射率液体圆柱的新结构,并利用全矢量有限元法对提出的结构进行了仿真,得到了温度对光纤有效折射率、纤芯能量和有效模面积等传输特性的影响。结果表明,随着温度的升高,光纤的有效折射率和有效模面积会减小,纤芯能量会增加,且零群速率色散点向短波长方向移动,尤其在短波长条件下光纤传输特性随温度变化趋势更加明显。该研究提高了光子带隙型光子晶体光纤传输特性的温度灵敏度,使其更加适合于温度传感方面的应用。

温度可控极高负色散光子晶体光纤的研究

设计了一种温度调控的液晶填充光子晶体光纤,利用有限元法对光子晶体光纤的色散补偿特性进行数值模拟.从理论上分析了各结构参数对光子晶体光纤色散产生的影响,并进行结构参数优化.通过调节液晶折射率,将色散补偿位置精确调节至1 550nm处,负色散峰值为-426 000ps·nm^(-1)·km^(-1),2m长液晶填充光子晶体光纤可以补偿50 000m的标准单模光纤(G652).模拟结果显示,色散补偿波长随填充液晶有效折射率指数发生变化,通过温度调节可以实现1 533nm^1 552nm波长内的定量控制.

基于光子晶体光纤Lyot-Sagnac环的可调谐微波光子滤波器

提出了一种光子晶体光纤Lyot-Sagnac环切割宽带光源的中心频率连续可调的微波光子滤波器.用温敏液体(Cat.19340)对两段光子晶体光纤(长度为11.94m和1.94m)中心的一个大孔进行填充后嵌入Lyot-Sagnac环,仿真分析了不同填充占空比对Lyot-Sagnac环梳状谱周期和滤波器通带中心频率调谐范围的影响,结果表明:占空比越大,Lyot-Sagnac环的梳状谱周期越小,滤波器通带中心频率的调谐范围越大.在占空比最大温度为20℃和80℃时,两段光子晶体光纤的有效长度为10m时,LyotSagnac环的梳状谱周期分别为0.36nm和0.26nm;当两段光子晶体光纤的有效长度为13.88m时,Lyot-Sagnac环的梳状谱周期分别是0.26nm和0.19nm.用该Lyot-Sagnac环对宽带光源进行切割,当温度在20℃到80℃之间变化时,通过调节环内的偏振控制器,多波长光源波长间隔可在0.19nm^0.36nm范围内连续可调,实现了滤波器通带中心频率在31.04GHz^58.81GHz范围内连续可调.