光子晶体光纤的耦合技术

光子晶体光纤与普通单模光纤的低损耗熔接是影响光子晶体光纤实用化的重要技术。针对自行设计的光子晶体光纤,对其与普通单模光纤的熔接损耗机制进行了理论和实验研究。首先分析了影响熔接损耗的主要因素,然后理论计算了光子晶体光纤与普通单模光纤之间的耦合损耗,最后采用常规电弧放电熔接技术对光子晶体光纤与单模光纤的熔接损耗进行了实验研究,通过优化放电参数,使熔接损耗可以降到0.7dB以下,满足了实际应用的要求。该方法为其他类型的光子晶体光纤与普通单模光纤的熔接提供了借鉴。

单模光纤连接损耗研究

本文从单模光纤高斯模场解析分析法入手，推出了单模光纤归一化频率与高斯模场直径的解析表达式，此后，导出了单模光纤连接中同时存在横向偏移，轴线倾斜，端面间隙，以及光纤直径不匹配时的连接损耗更加完整而普通的计算公式，从而为单模光纤连接器及单模光纤熔接机对准系统的设计提供了依据。

光子晶体光纤与普通光纤的耦合熔接

为了实现光子晶体光纤与普通光纤低损耗熔接,采用优化熔接机参量和逐渐塌缩光子晶体光纤空气孔的方法,对光子晶体光纤和普通光纤熔接损耗的主要来源及普通熔接机参量的选择进行了详细的理论分析,并对光子晶体光纤和普通光纤模场直径相匹配和不匹配两种情况分别进行了熔接实验研究,取得了小于0.2dB和0.3dB的熔接损耗。结果表明,通过优化熔接机参量可以实现模场直径相匹配的光子晶体光纤与普通光纤的低损耗熔接,而模场直径不匹配的情况可以通过逐渐塌缩光子晶体光纤空气孔从而增加光子晶体光纤的模场直径的方法来实现低损耗熔接。

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。

低弯曲损耗少模光纤传输特性研究

提出一种采用少模阶跃光纤与单模光纤连接的方法,实现低弯曲损耗传输的新型光纤通信系统。采用有限元法研究了在模场直径相同的情况下少模光纤纤芯半径与折射率差的关系,以及不同参数下光纤的弯曲损耗;采用光束传播法计算了少模光纤的各种模式与普通单模光纤的基模的连接损耗。证明了采用少模光纤可以利用模式间的正交性实现有效的单模传输,并具有低的弯曲损耗和连接损耗。

高非线性光子晶体光纤与单模光纤之间的熔接及其损耗分析

采用商用的光纤熔接机实现了高非线性光子晶体光纤和单模光纤之间的熔接,给出了熔接的过程并指出了熔接过程中要注意的问题。分析了影响熔接损耗的主要因素,理论分析结果和实验结果是一致的。

高非线性光子晶体光纤接续损耗的数值研究

为了从理论上求解光子晶体光纤的接续损耗问题,采用全矢量模型,计算了全反射式光子晶体光纤、高非线性光子晶体光纤的模场半径,给出了模场半径随空气孔间距、空气孔半径以及掺杂比例的变化关系,并在此基础上分析计算了光子晶体光纤与普通单模光纤的接续损耗,得到了理论上零损耗时的光子晶体光纤的模场半径。结果表明,模场失配是高非线性光子晶体光纤与普通单模光纤以及与一般全反射式光子晶体光纤接续损耗的最主要因素,合理的设计有望实现模场匹配,将接续损耗降到最小程度。

单模光纤接续损耗分析及对策

本文简介了导致光纤接续损耗的各种原因．并从施工角度说明降低接续损耗的各种对策。

空芯光子晶体光纤熔接技术研究

空芯光子晶体光纤(HC-PCF)因其利用纤芯的空气导光而具有高损伤阈值、低损耗、低色散、低非线性等优点。此外,HC-PCF纤芯中空气的折射率温度系数、Verdet系数、Kerr系数远小于石英,在光纤陀螺中有独特的优势。但是在向实际应用迈进的过程中,必须要解决HC-PCF与普通单模光纤以及自身简便、低损耗的熔接问题。基于热致扩芯技术和过渡光纤两种模场匹配方法,研究了HC-PCF和普通单模光纤之间的熔接问题,将两者的熔接损耗由直接熔接的1.4dB降至0.73dB。此外,研究了HC-PCF与其自身的熔接,通过两步放电熔接法,得到高强度低损耗的熔点,熔接损耗为0.52dB。

单模光纤连接技术

本文介绍单模光纤连接损耗的来源,并讨论用电弧放电熔接技术得到超低损耗的最佳工作条件。

模场直径对单模光纤接续损耗的影响

模场直径描述了单模光纤所传输的光能在光纤中的分布情况,对于单模光纤耦合和接续是一个很重要的参数。光纤中光能分布情况可用高斯公式描述。在这种情况下,我们可算出两根待接光纤的模场直径不同所引起的接续损耗。通过试验数据的分析,可以看出试验结果和理论计算较为接近。本文仅涉及模场直径对单模光纤接续损耗的影响。

单模光纤连接损耗研究

根据测量和计算,分析了单模光纤模场直径(MFD)对连接损耗的影响,讨论了用光时域反射仪(OTDR)测量单模光纤连接损耗的结果。

一种实用型简易光纤固定连接器

本文介绍一种结构新颖、能重复使用、接续快的光纤固定连接器(FMS-1型)。该器件仅由两只元件构成,体积小。对单模光纤的平均插入损耗为0.173dB,对多模光纤的插入损耗<0.1dB。

高非线性光子晶体光纤与单模光纤低损耗熔接实验

在理论分析基础上,采用常规电弧放电熔接技术,在1550 nm波段对高非线性光子晶体光纤(PCF)与单模光纤(SMF)的熔接损耗机制进行了实验研究,指出模场失配是造成两者直接熔接损耗的主要因素;而熔接过程中因放电电流过大或放电时间过长所导致的光子晶体光纤的包层气孔形变以致塌陷,会引起超过10 dB的附加损耗。采用过渡光纤有效地缓解了两种光纤模场的失配;通过优化放电参数,有效地避免了光子晶体光纤包层气孔的塌陷,实现了高非线性光子晶体光纤和单模光纤的低损耗(<1 dB)熔接。

普通光纤与小芯径实芯光子晶体光纤的塌孔熔接技术

光子晶体光纤(PCF)和普通光纤的熔接损耗主要来源于两光纤模场直径(MFD)的失配。提出了一种小芯径光子晶体光纤和大模场直径普通光纤低损耗熔接的方法。利用熔融拉锥机加热光子晶体光纤来精确控制光子晶体光纤的空气孔塌缩,以增加光子晶体光纤的模场直径,从而降低其与大模场直径普通光纤的熔接损耗。实现了模场直径为3.94μm的光子晶体光纤和模场直径为10.4μm普通光纤的低损耗熔接,最低损耗小于0.2 dB。

光子晶体光纤接续损耗的理论分析

基于超格子构造法,采用全矢量模型计算了光子晶体光纤的模场半径,由此出发理论分析了光子晶体光纤与普通单模光纤之间接续损耗分别受横向偏移、轴向倾斜以及模场不匹配的影响,给出了光子晶体光纤在部分常用结构参量区域{Λ,d/Λ}内与SMF-28接续损耗的理论值,讨论了光子晶体光纤各结构参量与接续损耗之间的关系。并简要分析了不同结构光子晶体光纤之间的接续损耗。结果表明,接续损耗对横向偏移和轴向倾斜都非常敏感;孔距是决定接续损耗大小最主要的因素;与普通单模光纤接续,当光子晶体光纤的孔距比该单模光纤纤芯半径大一些时,接续损耗比较小;两种不同结构光子晶体光纤之间的接续损耗大小最主要取决于它们孔距的差异。

基于光纤拉锥模场匹配技术的光子晶体光纤低损耗熔接

光子晶体光纤(PCF)与普通单模光纤(SMF)的低损耗熔接技术是光子晶体光纤走向实用化必须解决的关键技术问题。提出一种基于光纤拉锥模场匹配技术的光子晶体光纤低损耗熔接的新方法,利用熔融拉锥机对模场不匹配的两类PCF进行预处理,结合常规电弧放电熔接技术对三种不同类型的PCF与SMF的熔接损耗进行实验研究。在实验中通过精确控制熔融拉锥机各种参数,实现了不同模场直径PCF和SMF的模场匹配,该方案同时通过优化各种电弧放电参数,使熔接后的损耗降到了0.3dB以下,实现了PCF-SMF之间低损耗、高强度的熔接,满足了不同模场PCF实际应用的要求,具有很好的潜在应用价值。

光纤熔接机加热扩芯制作模场适配器的研究

为了改善不同类型光纤熔接时的模场失配,通过调整普通光纤熔接机的熔接参数,对模场直径较小的光纤进行加热扩芯,实现了10/130μm大模场面积双包层光纤和6/125μm单模光纤的低损耗熔接,光纤耦合效率可达到91%,并成功应用于自主研发的小型1064nm光纤激光器中。对利用光纤熔接机加热扩芯制作模场适配器进行了理论分析,并用1064nm光纤激光器测量其实际传输损耗。实验结果表明:采用普通光纤熔接机,适当的调整熔接参数,可以有效地提高大模场面积光纤到单模光纤的耦合效率,为制作模场适配器提供了一种简单实用的方法。

光子晶体光纤熔接损耗研究

基于有限元法分析了光子晶体光纤模场半径,为了提高计算速度,提出了一种工作波长为1.55μm时,光子晶体光纤模场半径的快速估算方法,进而实现光子晶体光纤熔接损耗的快速估算。分析表明,本文提出的方法能够准确快速的实现光子晶体光纤熔接损耗的估算。

空芯反谐振光纤与单模光纤的低损耗熔接研究

光子晶体光纤因具有设计自由、导光机制新颖等优势而被人们广泛关注。相比于带隙型光子晶体光纤和Kagome光纤,空芯反谐振光纤(HC-ARF)由于具有结构简单、单模导光、传输谱宽且损耗低的特点,在紫外/中红外光传输、高功率激光产生、非线性光学及传感等领域都具有很好的应用。但是HC-ARF要真正得到广泛应用,其与普通单模光纤的熔接必须简便且损耗低,然而,HC-ARF包层特殊的毛细管孔结构在熔接过程中容易坍塌,且其模场直径不同于普通单模光纤,故直接熔接时损耗很大。为此,引入一段纤芯直径为20μm的实芯大模场光纤作为模场过渡,实现了HC-ARF和普通单模光纤之间的熔接,熔接损耗由直接熔接的3dB降至0.844dB。