太赫兹波光子晶体光纤传输特性分析

利用矢量有限元法分析了太赫兹波光子晶体光纤单模截止频率和波导色散随光纤结构的变化特性.结果表明,太赫兹波光子晶体光纤的单模截止频率随着光纤空气孔占空比的变大而降低,零波导色散点频率随着空气孔占空比变大而增加,约束损耗随着空气孔的圈数增加而降低.

基于碲酸盐的新型单芯光子晶体光纤偏振分束器

提出了一种基于ZnTe碲酸盐玻璃的单芯光子晶体光纤偏振分束器.在外侧包层纤芯对称位置引入缺陷孔,使缺陷模和纤芯基模发生耦合以实现光束分离.采用全矢量有限元法对所提出的单芯光子晶体光纤偏振分束器的特性进行研究,结果表明:该分束器可以实现1.3μm和1.55μm波长光的分离,并使光束沿X和Y偏振方向同时传播;当光纤长度为15mm时,1.3μm和1.55μm处的串扰值分别低至-45.1dB和-40.2dB,小于-20dB的带宽分别为44.2nm和67.1nm;在传输波长1.3μm和1.55μm处的损耗值为0.063dB和0.048dB;偏振分束器在具有低串扰值的同时,具有较低的限制损耗.

双空芯光子晶体光纤温度传感特性研究

分析双空芯光子晶体光纤在填充高温度系数折射率敏感介质后的温度特性.应用全矢量有限元法研究温度对其模场分布、等效折射率、耦合长度及限制损耗的影响.结果表明,耦合长度随温度升高递减,限制损耗随温度升高递增.当结构一定时,短波长条件下,双空芯光子晶体光纤具有更好的温度敏感特性.

一种高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤的设计

设计了一种新型光子晶体光纤结构,该光纤包层包含六个由不同形状空气孔组成的轴对称的三角晶格,并在中间沿x轴引入一排大小不同的椭圆空气孔,实现了高双折射、低限制性损耗和大负色散特性。构建了该光子晶体光纤的有限元模型,基于该模型研究了中心两个空气孔的偏转角对LP01模和LP11模的模场分布、双折射系数、限制性损耗和色散系数的影响。研究表明,在偏转角α=90°时该型光纤具有最优性能,即LP01模可在波长为1550nm处获得高达3.618×10-2的双折射、仅为1.999×10-14dB/m的限制性损耗以及低至-764ps/(nm·km)的大负色散,其综合传输特性优于现有典型光子晶体光纤。

基于小圆孔结构纤芯的高双折射光子晶体光纤

为了实现高双折射光子晶体光纤,提出了一种在纤芯中引入微小圆孔的方法.利用全矢量有限元方法和完美匹配层条件研究了基于圆孔微细结构纤芯的光子晶体光纤的双折射特性.讨论了纤芯圆孔数量、孔径、间隔距离对光纤双折射特性的影响;设计了一种双折射达到10-2量级的光子晶体光纤.模拟结果表明采用三个以上圆孔可以获得较大的双折射,增大外包层数目可以有效减小约束损耗.

空气孔正方形排列光子晶体光纤的有限元分析

采用全矢量有限元法结合完美匹配层吸收边界条件对渐增型空气孔正方形排列的高双折射光子晶体光纤的模场分布、限制损耗及双折射特性进行了数值模拟。仿真结果显示:该种结构的光子晶体光纤在包层空气孔层数仅为四层的情况下即可将限制损耗控制在1.31×10^(-6)dB/m附近;同时横排内层空气孔直径的变化可以有效地改变光纤的模式双折射曲线的走向,在长波长区间这种影响更为明显。

椭圆空气孔缺陷光子晶体光纤基模的特性分析

本文设计了一种椭圆空气孔缺陷光子晶体光纤,采用全矢量有限元法结合完美匹配层吸收边界条件对该结构的模场分布、双折射、模有效面积、非线性系数及损耗特性进行了数值计算分析.研究结果表明:在波长为1 550 nm,孔间距Λ为1.3 um时,该光纤可获得10^(-2)数量级的双折射;该光纤的非线性系数高达49.15 W^(-1)·km^(-1),而限制损耗只有1.35×10^(-4)dB/km;相对于圆空气孔缺陷的光子晶体光纤的优势更加明显.

椭圆孔正方形点阵单偏振单模光子晶体光纤的设计

设计了一种椭圆空气孔正方形点阵单偏振单模光子晶体光纤,并以聚甲基丙烯酸甲酯为基材,利用基于棱边/节点混合元的全矢量有限元法对该光纤进行了数值模拟。结果发现,其偏振模场、快轴模和慢轴模截止波长完全依赖于光纤的结构参数;通过优化光纤的结构参数,发现该光纤传输基模的一个偏振态（慢轴模）在0.62μm至0.70μm可见光波长范围内;若调整该光纤结构具有9圈椭圆空气孔时,其偏振模约束损耗在波长0.65μm处可以降至0.13dB/m。该聚合物基低损耗单偏振单模光子晶体光纤可以有效消除传统保偏光纤固有的偏振串扰和偏振模色散。

一种高双折射低限制性损耗光子晶体光纤设计

本文设计了一种适用于长距离光纤通信的新型光子晶体光纤。该光纤包层内椭圆形和圆形空气孔呈交错排列,纤芯两侧为两个小椭圆空气孔。利用有限元分析方法对所设计光纤的传输特性进行分析并对其结构进行了优化,确定了最佳结构。结果表明,波长为1550 nm时,此新型光子晶体光纤在最佳结构下可提供高达3.51×10^(-2)的高双折射和低至1.5×10^(-9) dB/m的限制性损耗。与现存的引入椭圆形空气孔的光子晶体光纤相比,本文中的光子晶体光纤的双折射系数有较大提高,限制性损耗系数降低了5个数量级。另外,本文还详细研究了光子晶体光纤的色散随光子晶体光纤结构的变化以及其布里渊增益特性,并分析了其可制造性。基于其高双折射和低限制性损耗特性,此种光纤可应用于长距离光纤通信系统。

椭圆空气孔矩形结构光子晶体光纤的高双折射及限制损耗分析

提出了以包层为椭圆空气孔的矩形结构光子晶体光纤,采用有限元法分析了光子晶体光纤的双折射和损耗特性.研究表明:当光子晶体光纤中心缺失两个空气孔,即Λx=1.0μm,Λy=2.0μm时,在1.55μm处双折射可以达到1.98×10-2;在芯区引入小的椭圆空气孔时,双折射与引入椭圆空气孔的大小、长短轴的比例和空气孔的位置有关;芯区引入空气孔后,使光模场发生了形变,同时减少了向包层的泄漏,其损耗相比未引入空气孔小;增加包层的层数,发现包层层数对光纤双折射和损耗几乎没有影响,当包层层数N>4时,损耗小于10-3量级.

一种基于肖特玻璃的新型高双折射光子晶体光纤

设计了一种基于肖特玻璃SF57的新型高双折射光子晶体光纤,在纤芯和包层同时引入椭圆空气孔,并且在包层的最内层对称地引入两个圆形空气孔.通过改变空气孔的间距和椭圆率,采用全矢量有限元法研究了该光纤的双折射、限制损耗和色散特性.数值研究发现,在纤芯中引入小椭圆空气孔,可极大地提高双折射的数值.通过优化光纤的结构参数,当孔间距Λ为1.60μm,椭圆率η为0.5时,在波长1.55μm处,双折射高达5.22×10^-2,限制损耗低至8.82×10^-10dB/m,且该光纤在1.0-2.2μm的波长范围内保持正常色散,可用于宽带色散补偿.该设计对研究新型背景材料的光子晶体光纤具有一定的意义.

高双折射高非线性低损耗八边形光子晶体光纤特性（英文）

为了同时实现高双折射高非线性并得到低损耗,设计一种在光纤纤芯附近引入椭圆形空气孔和圆形空气孔组成的新型优化的八边形光子晶体光纤。采用全矢量有限元法结合各向异性完美匹配层,对该光纤的有效面积、非线性、双折射和损耗特性进行了模拟分析。数值模拟结果表明,通过选择适当的结构参数,在波长1.55μm处,该光纤具有高双折射高达B=1.68×10-2,比普通光纤高两个数量级,高非线性系数为γ=60 W-1km-1和低损为0.6 dB/km。这种具有高双折射高非线性系数的光纤可用于光通信、偏振敏感的各种设备和产生超连续普等领域。

一种单芯高双折射光子晶体光纤的性能分析

通过在其纤芯区域引入两个小圆形空气孔设计了一种新型高双折射折射率引导型的光子晶体光纤.首先采用全矢量有限元法结合完美匹配层吸收边界条件数值分析该光子晶体光纤的基模模场分布特性.其次数值分析该光子晶体光纤的结构参数对基模双折射的影响,研究结果表明,该光子晶体光纤在1 400-1 700 nm波长范围内产生的模式双折射高达10^(-2)量级,它比传统的保偏光纤高约两个数量级;同时可以通过灵活调节孔径大小将双折射最高点调到需要的波长上.最后数值分析了该光子晶体光纤基模损耗特性受其结构参数的影响,得到该光子晶体光纤可以在1 400-1 700 nm波长范围内产生小于0.01 d B/km的限制损耗.

新型空气孔长方形排列单模单偏振光子晶体光纤的数值模拟

提出了一种空气孔长方形排列的单偏振光子晶体光纤结构,并利用基于棱边/节点混合元的带有完全匹配层吸收边界条件的全矢量有限元方法对该结构进行了分析.对设计思路进行了详细说明.通过优化结构参数在理论上获得了波长在1·38—1·61μm范围内仅有慢轴模且限制损耗低于0·1dB/km的单模单偏振操作.

基于微结构纤芯的超低损耗多零色散点的高双折射光子晶体光纤

提出了一种新型的微结构纤芯的光子晶体光纤，在纤芯中引入10个呈矩形排列的小圆空气孔，包层空气孔呈阶梯渐增结构。采用全矢量有限元法，通过改变纤芯小圆空气孔的大小和二者之间的孔间距，研究了这种光纤的基模模场、双折射、限制损耗和色散特性。研究结果表明，当小圆半径r1=0.225 μm，孔间距Λ2=1.30 μm时，在波长1.55 μm处，双折射为3.22×10-2，限制损耗低至4.92×10-8 dB/m，且在0.6~2.0 μm之间可获得三个零色散点。另外，通过优化纤芯结构参数，在波长1.55 μm处，双折射最大值可达3.45×10-2,损耗最低达2.88×10-9 dB/m。该设计为在光纤通信、光纤传感方面的应用提供了理论基础。

高双折射光子晶体光纤设计及分析

为进一步提高光纤传输特性,设计了两种具有高双折射的新型光子晶体光纤,构建了光纤的模型。通过有限元法对光纤模型进行数值计算并研究了光纤结构参数对基模色散、双折射、限制性损耗、非线性系数等传输特性的影响。研究表明,在波长为1550 nm处,本文所设计的两种光纤分别可获得高达3.676×10^(-2)和4.477×10^(-2)的双折射,两种光纤的限制性损耗都保持在10-8 dB/m数量级及以下,且都具有较低的非线性系数。因此,光纤传输性能的优化使得其更有利于光信号的长距离稳定传输,可应用于高速光通信、光纤传感、色散补偿等领域。

一种高双折射负色散的缺陷型光子晶体光纤

设计了一种中心带有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,电场能量被束缚在光纤的纤芯。在λ=1.55μm处,光纤的双折射为5.958×10^(-2),达到10-2数量级;在1.50~1.60μm波段范围内,色散值在(-549.2±5)ps/(nm·km)范围内,具有高负平坦色散。此外,该光纤的x偏振基模的非线性系数为46.82 W^(-1)·km^(-1),低损耗值为5.413×10-4 dB/km,并且在y方向上两个基模偏振态的限制损耗是x方向的6423倍。该光子晶体光纤具有高双折射、高非线性、高负平坦色散、低损耗的特点,在光纤传感、偏振控制、色散补偿及非线性光学等领域具有广阔的应用前景。

混合型导光的全固态光子晶体光纤的特性分析

通过在全固态光子带隙光纤的纤芯中心处掺入高折射率锗,形成具有微结构芯的混合型导光的全固态光子晶体光纤。采用全矢量有限元法,对光纤的导光机制、模场、损耗、色散等特性进行了数值分析。结果表明,中心高折射率棒的半径从0开始增大,小于包层高折射率棒的半径时,基模有效折射率由靠近带隙下边界处开始向上移动,导光机制由带隙效应导光向混合型导光转变,损耗随之降低。在短波处,全内反射效应占主导,带隙边缘对损耗的影响减小,损耗曲线逐渐表现出随波长单调递增的特性。长波处,导光机制以带隙效应为主,损耗曲线整体下移。通过改变中心棒的大小,可以灵活调节光纤的零色散波长。研究结果表明,当中心棒的半径为0.5μm时,零色散波长向短波方向移动30nm;半径为1.2μm时,零色散波长向长波方向移动230nm,调整带宽达到260nm。

三种涡旋光光子晶体光纤的设计

为进一步研究光子晶体光纤中涡旋光的传输特性,提出了3种不同结构的涡旋光光子晶体光纤,即三角晶格环形光子晶体光纤(TLPCF)、折射率倒转抛物线式光子晶体光纤(IPGIF)和六重准晶涡旋光光子晶体光纤(SPQCF)。利用矢量有限元分析方法,模拟计算了光纤中各个涡旋光模式的传输特性,研究结果表明:3种涡旋光光子晶体光纤中的模式有效折射率差均大于10-4,支持不同数量的涡旋光传输。其中TLPCF的色散系数最小,SPQCF的色散系数最大,两者在宽波段(1400~1700 nm)内均保持了色散平坦趋势;3种光纤的限制性损耗均小于1×10-7 dB·m-1,能够将光很好地局限在纤芯内部;3种光纤的非线性系数均保持在10-3量级;涡旋光模式稳定传输的距离大于1km。