Study on Dispersion Properties of Photonic Crystal Fiber by Effective-Index Model

The group-velocity-dispersion properties of photonic crystal fiber (PCF) were investigated by effective-index model. The relationship between waveguide dispersion and structure parameters: the pitch A and the relative hole size/was studied.

Thermal distribution analysis of multi-core photonic crystal fiber laser

The thermal properties of photonic crystal fiber(PCF) laser with 18 circularly distributed cores are investigated by using full-vector finite element method(FEM).The results show that the 18-core PCF has a more effective thermal dispersion construction compared with the single core PCF and 19-core PCF.In addition,the temperature distribution of 18-core PCF laser with different thermal loads is simulated.The results show that the core temperature approaches the fiber drawing value of 1800 K approximately when the thermal load is above 80 W/m which corresponds to the pumping power of 600 W approximately,while the coating temperature approaches the damage value of about 550 K when the thermal load is above 15 W/m which corresponds to the pumping power of 110 W approximately.Therefore the fiber cooling is necessary to achieve power scaling.Compared with other different cooling systems,the copper cooling scheme is found to be an effective method to reduce the thermal effects.

光子晶体光纤弯曲损耗特性研究

对光子晶体光纤的损耗特性进行了分析，并在实验上对两种典型的光子带隙型和全内反射型光子晶体光纤进行了研究．分别对两种不同结构的光子晶体光纤在弯曲半径2～15mm范围内的损耗进行了测量．与传统光纤损耗实验结果的对比表明，两种光子晶体光纤的弯曲损耗均不明显，具有很强的抗弯曲损耗能力．实验也证实了光子晶体光纤弯曲损耗存在临界弯曲半径，在大于临界半径的情况下，几乎没有弯曲损耗．从结构上分析并证明光子晶体光纤弯曲损耗随填充比（d／Λ）的增加而减小，填充比越高弯曲损耗越小．

光子晶体光纤光栅模式截止与高阶模的谐振条件

采用光束传播法研究了实心掺锗光子晶体光纤布拉格光栅(PCFBG)的模式截止特性。结果表明掺锗光子晶体光纤的归一化频率V与归一化间距Λ/λ和归一化孔径d/Λ有关。而且相对于纯硅的光子晶体光纤,其单模多模边界面向归一化孔径值较小的方向位移。并给出了在光子晶体光纤光栅中激发高阶谐振的条件:相位匹配条件、光栅区的电场交迭和关系不等式VPCF>π。

光子晶体光纤产生超连续谱的相干性研究(英文)

研究光子晶体光纤中超连续谱的时间相干性和空间相干性.采用时间分辨率为飞秒级的迈克尔逊干涉仪,通过在零点附近改变两光路的延迟,对超连续谱的复时间相干度曲线进行测量,得到超连续谱的相干长度为3.71μm.采用同样系统对飞秒泵浦源的复时间相干度曲线进行测量,计算得到其相干长度为62.24μm.通过计算光程差为零点处的互相干度得到超连续谱的空间相干度为0.77,表明光纤小的发光面积使其空间相干性较好.利用准直透镜和分光棱镜将光纤输出的光束进行分光,得到超连续谱中几种不同颜色的输出光谱及对应的脉冲序列,其脉冲序列与泵浦激光有相同的重复频率.

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。

椭圆孔六角点阵聚合物光子晶体光纤的偏振特性研究

基于全矢量平面波方法,以聚甲基丙烯酸甲酯为基材,设计了一种高双折射光子晶体光纤,并对其传输性质和偏振特性进行了数值模拟。结果表明,椭圆孔六角点阵聚合物光子晶体光纤的双折射是由于包层的不对称性引起的全局双折射,通过调节椭圆率,发现该光纤可以以单模方式在一合适波段运行,该波段与聚合物光纤的低损耗通信窗口一致。在η=2.5时,其双折射最高可达4.8×10^(-2)。该研究结果为高双折射聚合物光子晶体保偏光纤的制备提供了理论依据。

结合全变差和小波变换的PCF光特性评估方法

为了更准确、快速评估实际光子晶体光纤的光特性,提出了一种基于全变差和小波变换的实际光子晶体光纤光特性评估方法。建立了在小波变换域上的全变差模型,利用Bregman算法进行迭代运算,有效地滤除光子晶体光纤截面图像的噪声,并保持截面图像空气孔的边缘结构,进而结合有限元方法,实现实际光子晶体光纤的光特性的准确快速评估。通过对商用及自制光子晶体光纤的特性评估,验证了所提出方法的有效性。文中所提出的方法结合了全变差和小波变换的优点,可以有效去除吉布斯现象和阶梯效应的影响,提高了光子晶体光纤光特性评估的精度。

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。

改进的快速评估实际光子晶体光纤特性的方法

将数字信号处理技术和有限元方法相结合,提出了一种改进的快速评估实际光子晶体光纤特性的方法。针对光纤截面的数字图像中出现空气孔断裂的情况,应用数字化的方法自动检测断裂的空气孔边缘,并采用边缘生长方法自动连接断裂的空气孔,以重建用于光子晶体光纤分析的光纤截面信息。在此基础上,结合有限元方法实现了对实际光子晶体光纤特性的快速评估。结合已有的商用的光子晶体光纤对提出的改进方法进行了验证,结果表明:该方法可以有效、快速评估光子晶体光纤的特性,为一些复杂的难以测量光纤特性的评估提供了一种有效方法。

双程前向掺铒光子晶体光纤超荧光光源

为了获得高稳定光纤陀螺掺铒光纤光源和改进传统掺铒光纤超荧光光源的输出稳定性,提出和使用掺铒光子晶体光纤作为超荧光光源的增益媒介。构建了双程前向结构掺铒光子晶体光纤超荧光光源,研究了这种新型光源的输出特性。分析了掺铒光子晶体光纤长度和泵浦功率对光源输出功率、光谱谱宽和平均波长的影响。结果表明,通过选取光纤长度为10 m和泵浦功率为220 mW,获得了双程前向结构掺铒光子晶体光纤超荧光光源。输出功率为35.4 mW,光光转换效率约16.09%,谱宽为30.9 nm,平均波长为1 548.3 nm。该结果为进一步研究掺铒光子晶体光纤超荧光光源的环境温度稳定性和适应性奠定基础。

椭圆孔正方形点阵聚合物光子晶体光纤偏振特性

以聚合物为基材,设计了一种单模零走离参数的高双折射光子晶体光纤,该光纤具有椭圆孔正方形点阵,基于全矢量平面波方法,对其传输模场和偏振特性进行了数值模拟。结果发现,与传统的光子晶体光纤相比,该光纤具有更大的模式双折射和走离参数,当增长光纤结构参数椭圆孔长短轴之比η时,双折射明显增强并高达3.5×10-2,走离参数在低频区出现零走离点,这为在该光纤中即保持高双折射又实现零走离单模运转提供了可能。

基于光子晶体光纤的超连续谱光源设计

为了运用光子晶体光纤高非线性效应技术获得超宽光谱,设计了一种基于光子晶体光纤的超连续谱光源,通过对光子晶体光纤进行塌孔处理后再熔接的方式,将高峰值功率的窄线宽脉冲光注入高非线性光子晶体光纤,利用光纤非线性效应实现了光谱展宽。实验结果表明,该超连续谱光源实现了光谱范围440~2 400 nm,输出光功率为276 mW。

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。

一种大模场光子晶体光纤的传输特性分析

编程实现用于分析光子晶体光纤的频域有限差分法,数值模拟分析了典型的商用大模场光子晶体光纤(LMA-20型)的传输特性,包括模场分布、模场半径、截止特性、模场有效面积和数值孔径等,模拟计算结果与实际测试结果吻合很好。为商用PCF的理论分析提供了参考。

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。

掺镱PCF的端面处理工艺及激光性能研究(特邀)

基于自制的掺镱大模场光子晶体光纤,探索出一种高效快速的光子晶体光纤端面处理工艺。使用二氧化碳激光熔接机对光子晶体光纤进行旋转加热处理,并配合大口径光纤切割刀对塌缩区域进行切割。通过对比光纤在不同激光加热功率和加热时间下的塌缩效果,确定了最佳的加热功率和时间。对端面处理后的光纤进行激光震荡实验,测试光纤的激光性能,与未进行端面处理时的激光实验结果相比较,端面塌缩处理没有对光纤的激光性能产生较大的影响。通过所述的实验方法,成功得到高质量光子晶体光纤塌缩端面,空气孔塌缩界面齐整,且没有对光纤本身的激光性能产生较大的影响。实验工艺周期短、成功率高,证明利用激光加热塌缩来处理光子晶体光纤端面是一种非常有效的方法,极大地拓展了光子晶体光纤的使用范围,具有很强的实用价值。

液体选择性填充光子晶体光纤的温敏特性

提出了一种高折射率液体选择性填充PCF,通过在PCF空气孔填入温敏液体材料,使光纤具有良好的温度传感特性。运用平面波展开法进行仿真研究,优化了PCF结构参数,使其导光性能更佳。同时,设计了三种不同选择性填充方式的PCF进行比较,分析选择性填充方式对带隙特性和温度传感特性的影响,最终选用带隙最宽的PCF进行仿真研究。

光子晶体光纤长周期光栅栅区塌陷程度的理论研究

采用局域耦合模理论对一种光子晶体光纤长周期光栅的耦合机理和特性进行了研究.建立了栅区模型,用局域耦合模理论和传统的耦合模理论模拟出LP01和LP02、LP01和LP11耦合的透射谱,并进行比较.从理论上分析局域耦合模理论对光子晶体光纤长周期光栅的适用性,研究了栅格个数、栅格周期和光栅栅区对透射谱的影响.模拟结果表明:随着栅格周期的增大,谐振波长向短波方向移动;随着栅格个数的增加,透射峰深度增加;随着栅区塌陷深度的增加,谐振波长向长波方向移动.

光子晶体光纤研究

光子晶体光纤以其灵活的结构设计和高非线性、平坦色散、高双折射等独特光学特性吸引了越来越多的关注。简单介绍了光子晶体光纤的分类,导光机理,详细讨论了其相关光学特性,最后介绍了光子晶体光纤的研究进展。