一种高双折射双零色散的缺陷型光子晶体光纤

设计了一种对称椭圆空气孔缺陷的光子晶体光纤,采用全矢量有限元法,研究了该结构光纤基模的电场分布、双折射、色散、非线性及限制损耗等特性.结果表明:基模能量大部分限制在光纤的纤芯.在λ=1550 nm,Λ=3.0μm时,光纤基模的双折射达到了3.327×10^(-2),并且色散值几乎为零,同时非线性系数值也达到46.36 W^(-1)·km^(-1),此外基模的x偏振和y偏振的限制损耗分别达到为4.907×10^(-7) dB/km和6.819×10^(-7) dB/km.在入射波范围为0.60～1.80μm时,该光纤在可见波段和近红外波段存在两个零点色散波长,且零点色散波长的位置随Λ的增大而向长波方向移动.基于这种高双折射、高非线性系数、双零色散、低损耗的光子晶体光纤,在光纤传感、光纤通信、色散控制及非线性光学等领域都具有广阔的前景。

一种新结构高负色散光子晶体光纤

设计了一种新型高负色散光子晶体光纤,其纤芯由三根空气柱形成,三种孔径大小不同的空气柱以六角点阵方式排列。基于全矢量有限元法,结合各向异性完美匹配层边值条件对光子晶体光纤的色散、模场、非线性、约束损耗和双折射等特性进行了数值计算。结果表明光纤结构参数A、d、d_1、d_2分别为1.15、0.88、0.83、1.14μm时,该光纤在低损耗通信窗口C波段呈现高负色散,在波长1.55μm处负色散值、双折射、约束损耗、非线性系数分别为-11660 ps·km^(-1)·nm^(-1)、2.03×10^(-3)、10^(-3)dB.km^(-1)、7.33 km^(-1)·W^(-1)。可见该光纤在低损耗通信窗口C波段呈现高负色散、低损耗、高双折射、低非线性,具有很好的色散补偿能力,有望在光通信系统中获得应用。

高双折射双芯光子晶体光纤特性

提出一种新型的高双折射双芯光子晶体光纤(PCF)模型,通过将最内层8个空气孔替换为4个椭圆空气孔来增大光纤的结构不对称性;通过改变两纤芯间的空气孔大小、椭圆空气孔的椭圆度以及孔间距来分析光子晶体光纤的双折射度、耦合长度以及色散特性。结果表明,双芯光子晶体光纤的模式双折射度达到10-2量级,耦合长度达0.1367mm,在1.0～1.6μm波长范围内具有超平坦色散特性。

高对称性模场分布的高双折射光子晶体光纤

设计了一种具有高对称性模场分布的高双折射光子晶体光纤(PCF)结构,由尺寸相同的椭圆空气孔菱形排列组成。利用全矢量有限元法对该种结构光子晶体光纤的基模场分布、有效模场面积、双折射和色散进行数值分析,所得结果与相同结构参数的圆形空气孔光子晶体光纤进行比较。这两种光纤的模场均具有高对称性,近似圆形,并且易于与光器件中其他光纤耦合。椭圆空气孔光子晶体光纤的双折射可达10-3。

六角点阵蜂窝状包层光子晶体光纤中的高双折射负色散效应

设计了一种六角点阵蜂窝状包层光子晶体光纤,该光纤中心缺失一根空气柱形成纤芯,包层由椭圆空气孔和小圆空气孔组成.基于全矢量有限元法并结合各向异性完美匹配层边界条件,对其双折射、色散、非线性系数、约束损耗和模场等特性进行了数值模拟;计算了具有相同参数的椭圆状包层光子晶体光纤的双折射、色散及非线性系数.结果发现,若调整光纤结构参数为孔间隔Λ=1.15μm,空气孔椭圆率η=0.5,相对孔间隔比f=0.48,小圆孔直径d_1=0.4μm时,在波长1.55μm处,该光纤的双折射B高达1.02×10^(-2),比传统光纤高约两个数量级,同时,该光纤在低损耗通信窗口C波段呈现负色散和负色散斜率,其色散斜率在整个C波段附近在-0.132—-0.121ps·km^(-1)·nm^(-2)范围内波动,非线性系数为45.7 km^(-1)·W^(-1),约束损耗接近10~2 dB·km^(-1).蜂窝状包层比椭圆状包层光子晶体光纤的双折射及大负色散特性明显提高,非线性系数低,更有利于进行色散补偿.

低损耗低非线性高负色散光子晶体光纤的优化设计

设计了一种同轴双芯六角点阵光子晶体光纤,该光纤中心缺失一根空气柱形成内纤芯,通过减小第4环空气孔的直径形成外纤芯.采用全矢量有限元法并结合各向异性完美匹配层边界条件,对其色散、非线性、约束损耗和模场等特性进行了数值模拟.结果发现,该光纤呈现高负色散可调效应和较强的模场约束能力,约束损耗接近10^(-2)dB·m^(-1).调整光纤结构参数(即空气孔间隔A,小孔直径d_1和相对孔间隔比f),可以控制其高负色散工作波长.若调整光纤结构参数A=1.2μmf=0.917,d_1=0.515μm时,该光纤在低损耗通信窗口C波段呈现负色散和负色散斜率,其色散斜率在-1--6 ps·km^(-1)nm^(-2)范围内波动,在波长1.55μm处负色散值为-3400 ps·km^(-1)nm^(-1),模场面积高达43μm^2,非线性系数仅有3.6 km^(-1)W^(-1).该光纤在C波段呈现的低损耗低非线性高负色散特性,具有很好的色散补偿能力,将在长距离大容量高功率高速光通信系统中获得很好的应用.

新型矩形点阵光子晶体光纤的高双折射负色散效应

设计了一种新型矩形点阵光子晶体光纤,该光纤纤芯缺失一根空气柱,包层沿光纤长度方向在普通矩形点阵光子晶体光纤中每两列之间隔一行插入一列空气孔而形成正方形网孔结构.采用全矢量有限元法并结合各向异性完美匹配边界条件,对该光纤的色散、双折射和约束损耗进行了数值模拟.结果发现,该光纤具有高双折射负色散效应和较强的模约束能力,约束损耗小于10-2dB·m-1,通过改变光纤结构参数(即空气孔间隔Λ和相对孔间隔d/Λ),可以调节该光纤高双折射负色散工作波长.若调整光纤结构参数Λ=2.0μm,d/Λ=0.4,该光纤在C波段(1.53—1.565μm)呈现负色散并具有负色散斜率,双折射高达10-2,非线性系数接近55km-1W-1.该光纤将在保偏光通信、色散补偿以及基于四波混频的波长转换器设计等方面具有重要的应用.