喇叭型開口光子晶體波導(dǎo)的傳輸譜

光子晶體光纖獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)模機(jī)制使它具有其他普通光纖無法比擬應(yīng)用前景。本文對(duì)晶體光纖的定義、分類、特性和目前的研究情況做了詳細(xì)的分析。

使用鈦寶石飛秒激光器抽運(yùn)一根長30cm的光子晶體光纖,產(chǎn)生了從可見到近紅外區(qū)的超連續(xù)譜,波長范圍為465~2500nm,光譜展寬范圍達(dá)到了2000nm以上,同時(shí)研究了超連續(xù)譜產(chǎn)生的機(jī)制.

分析基于單芯光子晶體光纖的超連續(xù)譜光源在提升平均輸出功率時(shí)所面臨的問題,指出采用多芯光子晶體光纖作為超連續(xù)譜產(chǎn)生介質(zhì)是一種實(shí)現(xiàn)高功率超連續(xù)譜產(chǎn)生的潛在方案。使用自制皮秒光纖激光器泵浦一段國產(chǎn)多芯光子晶體光纖,實(shí)現(xiàn)了光譜范圍750～1700nm,平均功率42.3w的全光纖化高功率超連續(xù)譜輸出。

提出了一種調(diào)節(jié)液晶光子晶體光子帶隙的方法。二維三角介質(zhì)柱形光子晶體位于2塊熔凝石英片之間,在介質(zhì)柱之間填充各向同性排列的液晶,受偏振紫外光照射后,光誘導(dǎo)液晶分子定向排列,通過光誘導(dǎo)液晶分子取向改變液晶的折射率。數(shù)值模擬結(jié)果表明:通過外界光場控制所填充的向列相液晶分子的方向可以對(duì)這種二維三角形介質(zhì)柱光子晶體的禁帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。該可調(diào)光子晶體可控制波導(dǎo)中tm模和te模的選擇性傳輸,因而可應(yīng)用于制作全光光開關(guān)。

通過施加完美匹配層,利用有限元法,研究熱應(yīng)力誘導(dǎo)的單偏振大模面積光子晶體光纖的偏振特性,計(jì)算纖芯參數(shù)對(duì)場能量分布系數(shù)和偏振損耗比的影響.結(jié)果表明,隨著纖芯折射率提高,兩正交偏振模的損耗比下降,當(dāng)纖芯直徑減小時(shí),場能量分布系數(shù)降低.

利用嚴(yán)格耦合波算法計(jì)算了二維光子晶體平板結(jié)構(gòu)隨角度變化透過譜和波長變化透過譜,研究了透過譜上傳導(dǎo)共振峰與二維光子晶體平板能帶結(jié)構(gòu)的關(guān)系。利用共振傳導(dǎo)模的低透過和高q值的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了基于磷化銦材料的工作在1550nm波長附近的角度分辨和波長分辨的光子晶體光開關(guān)。理論模擬結(jié)果表明,該結(jié)構(gòu)透過譜上傳導(dǎo)共振峰品質(zhì)因子可達(dá)10~3,非線性折射率變化為10~(-4)即可實(shí)現(xiàn)開關(guān)對(duì)比度接近100%。當(dāng)信號(hào)光或泵浦光分別與光子晶體平板傳導(dǎo)共振模耦合時(shí),由于共振耦合使得泵浦光場增強(qiáng),需要泵浦能量僅為184fj,為目前所知能量最低的光開關(guān)。

先簡單介紹光子晶體光纖相對(duì)于普通光纖的特點(diǎn),然后重點(diǎn)闡述光子晶體光纖在量子信息上應(yīng)用的優(yōu)勢。與其它方法,如基于非線性晶體自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換方法相比,利用光子晶體光纖能更有效地產(chǎn)生糾纏光子,并能與現(xiàn)有光纖傳輸系統(tǒng)良好兼容,從而表現(xiàn)出其在量子信息領(lǐng)域內(nèi)的優(yōu)越性及巨大的應(yīng)用潛力。最后簡要展望了光子晶體光纖在量子信息領(lǐng)域內(nèi)的前景。

采用毛細(xì)玻璃管拼接并拉絲的方法試制成功光子晶體光纖樣品,它由石英纖芯和周圍呈六角形分布的兩圈氣孔組成,氣孔直徑4μm,間距17μm,芯區(qū)直徑30μm。理論模擬和光學(xué)實(shí)驗(yàn)均證實(shí)此光纖在6328nm以上的波長范圍內(nèi)為單模光纖

基于折射率匹配耦合原理,提出并設(shè)計(jì)了一種新型寬帶單偏振單模光子晶體光纖,闡述了工作原理并利用全矢量有限元法對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值模擬。當(dāng)中間纖芯和邊芯之間空氣孔1和2的直徑為2.4μm時(shí),波長在1.26～1.7μm的范圍內(nèi),偏振相關(guān)損耗大于4.08db/m,單偏振單模的帶寬高達(dá)440nm;當(dāng)空氣孔1和2的直徑為2.6μm時(shí),在波長1.31μm處,x偏振模的限制損耗為26.93db/m,而y偏振模的限制損耗僅為0.01db/m,在波長1.55μm處,x偏振模的限制損耗為38.66db/m,y偏振模的限制損耗僅為0.05db/m。這種光子晶體光纖具有高帶寬特性,并且在1.31μm和1.55μm兩個(gè)通信窗口存在高相關(guān)偏振損耗。

光子晶體光纖模擬.

基于有限元法分析了光子晶體光纖模場半徑,為了提高計(jì)算速度,提出了一種工作波長為1.55μm時(shí),光子晶體光纖模場半徑的快速估算方法,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光子晶體光纖熔接損耗的快速估算。分析表明,本文提出的方法能夠準(zhǔn)確快速的實(shí)現(xiàn)光子晶體光纖熔接損耗的估算。

介紹了光纖陀螺在實(shí)際應(yīng)用過程中的環(huán)境適應(yīng)性問題,并從光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā),總結(jié)了光子晶體光纖的獨(dú)特應(yīng)用優(yōu)勢,指出將光子晶體光纖應(yīng)用于光纖陀螺中可很好地解決溫度、磁和輻射敏感等問題。通過實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證了實(shí)心保偏光子晶體光纖的損耗、模式特性,以及溫度、磁場和核輻射對(duì)此種光纖的影響。同時(shí),研究開發(fā)了它與傳統(tǒng)保偏光纖的熔接對(duì)軸技術(shù),熔接點(diǎn)損耗和偏振串音達(dá)到0.7db和-25db。在此基礎(chǔ)上,研制出光子晶體光纖陀螺樣機(jī),陀螺零漂達(dá)到0.09(°)/h。研究和對(duì)比表明:在光纖陀螺中用光子晶體光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光纖,在減小溫度、輻射、磁場的影響和進(jìn)一步提高光纖陀螺性能方面具備很大的潛力。

采用平面波展開法研究了空芯光子晶體光纖(hc-pcf)的導(dǎo)波模式特性。結(jié)果表明,在包層帶隙范圍內(nèi),當(dāng)導(dǎo)波模的縱向相位傳播常數(shù)k_s滿足一定條件時(shí),才能在hc-pcf纖芯中形成穩(wěn)定的基模傳輸;并且,纖芯基模的模場分布與光波長有關(guān),當(dāng)光波長位于纖芯基模傳輸曲線中央時(shí),光波能量被很好地約束在纖芯中,而當(dāng)光波長位于纖芯基模傳輸曲線的上下邊沿時(shí),光波能量將向包層中漏泄。

為了抑制通信系統(tǒng)中脈沖的展寬,根據(jù)色散補(bǔ)償理論,提出了一種由單一石英材料制成的雙層芯光子晶體光纖(dccpcf).該光纖的色散值在1.55μm處可達(dá)到-6000ps/(nm·km).理論分析表明,在傳輸過程中內(nèi)芯基模和外芯缺陷模以相位匹配波長為臨界狀態(tài),在內(nèi)芯與外芯之間相互交替?zhèn)鬏?并在匹配波長處因模式發(fā)生強(qiáng)烈耦合而引起折射率產(chǎn)生大幅度波動(dòng).通過對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)d1、d2變化的情況下色散曲線的擾動(dòng)情況進(jìn)行分析,可為實(shí)際制備工作提供一定的理論指導(dǎo).

利用微加工技術(shù),在soi上制作出了高q值的光子晶體微腔,q值可以達(dá)7×10~4以上,為后續(xù)的光與物質(zhì)相互作用和量子信息方面的實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ).實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模擬符合得較好.通過三維時(shí)域有限差分法模擬,得到光子晶體微腔的q值為1.2×10~5左右.

為了優(yōu)化雙芯光子晶體光纖耦合器的耦合性能,采用改變兩纖芯間空氣孔的結(jié)構(gòu)和孔內(nèi)折射率的方法,得到了雙芯光子晶體光纖耦合器的優(yōu)化模型?；诠馐鴤鞑シ〝?shù)值分析出兩纖芯間空氣孔尺寸以及孔內(nèi)注入材料折射率的變化對(duì)雙芯光子晶體光纖耦合器的耦合性能的影響。結(jié)果表明,由于光纖的整體結(jié)構(gòu)不變,使得光纖損耗系數(shù)保持不變;減小雙芯間的空氣孔孔徑或增大孔內(nèi)折射率都會(huì)使耦合器的耦合長度減小,兩不同偏振方向的耦合長度差異減小,損耗減小;雙芯間空氣孔內(nèi)折射率可調(diào)性強(qiáng),使得光纖耦合器的耦合性能有易調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn),為設(shè)計(jì)雙芯光子晶體光纖耦合器的優(yōu)化模型提供了理論支持。

采用全矢量有限元方法和完美匹配層條件,研究了一種在光纖包層中引入矩形孔的光子晶體光纖,提出一種實(shí)現(xiàn)高雙折射光子晶體光纖的方法.模擬結(jié)果表明矩形孔光子晶體光纖具有橢圓孔光子晶體光纖類似的高雙折射特性,其雙折射高達(dá)0.01的量級(jí),兩種光子晶體光纖的模場、雙折射、約束損耗等特性基本類似.

利用三維時(shí)域有限差分法(fdtd)對(duì)光子晶體led出光效率的影響因素進(jìn)行分析,比較了電偶極子和磁偶極子點(diǎn)光源模型對(duì)led出光效率的影響,研究不同極化角偶極子點(diǎn)光源下光子晶體led中的出光效率。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明:極化角越小,偶極子點(diǎn)光源在led出光效率增強(qiáng)因子越大,磁偶極子點(diǎn)光源模型與電偶極子點(diǎn)光源模型相比,極化角對(duì)出光效率增強(qiáng)因子的影響明顯減小?；诖排紭O子點(diǎn)光源模型,考慮極化角的影響優(yōu)化設(shè)計(jì)一種空氣孔三角晶格光子晶體led結(jié)構(gòu),其出光效率增強(qiáng)因子高達(dá)4.5。

雙芯準(zhǔn)晶格光子晶體光纖的色散特性 胥長微 （黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院20115414） 摘要：設(shè)計(jì)了一種折射率引導(dǎo)型雙芯準(zhǔn)晶格光子晶體光纖。該光纖內(nèi)、外纖芯中光波的耦合 效應(yīng)，可在相位匹配波長附近產(chǎn)生相當(dāng)高的負(fù)色數(shù)值。通過分析內(nèi)包層孔徑、纖芯孔徑、外 包層孔徑d,孔間距a，最終設(shè)計(jì)出一種能在1550nm低損耗窗口性能優(yōu)越的色散補(bǔ)償光纖。 此種光線適合在長距離高速光纖通信，系統(tǒng)中為常規(guī)單模光纖提供色散補(bǔ)償。 關(guān)鍵詞：光纖光學(xué)；光子晶體光纖；雙芯；色散補(bǔ)償 1引言 近年來,光子晶體光纖由于其獨(dú)特的特性們的廣泛關(guān)注,并成為國際學(xué)術(shù)界 研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域.由于靈活的結(jié)構(gòu)使得它具有許多傳統(tǒng)光纖不具備的特點(diǎn),比 如高非線性,高雙折和偏振保持,奇異色散特性,表面增強(qiáng)拉曼效應(yīng)等.雙芯光 纖是學(xué)系統(tǒng)中常用的耦合器件,然而傳統(tǒng)雙芯光纖在制作上比繁瑣,光子晶體 光

利用有限差分法研究了一種混合纖芯光子晶體光纖的色散特性.在光纖端面的外圍區(qū)域,由空氣孔在石英材料中均布排列形成包層,在中心則由圓形高折射率材料與布居其近鄰的數(shù)個(gè)輔助小空氣孔共同構(gòu)成纖芯.輔助空氣小孔使光纖的色散陡增,比普通光纖色散參數(shù)高兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上.詳細(xì)的數(shù)值研究表明,纖芯周圍的一圈輔助空氣小孔數(shù)目越多、越靠近圓形高折射率材料則色散參數(shù)就越大.當(dāng)輔助小孔距離纖芯非常近時(shí),模場面積大幅度增大,此時(shí)不僅能獲得超大色散,而且能夠使光子晶體光纖具有非常小的非線性效應(yīng).改變包層空氣孔的大小對(duì)色散參數(shù)影響不明顯.

光子晶體光纖(pcf,photoniccrystalfiber)的熔接技術(shù)為pcf產(chǎn)品的應(yīng)用和開發(fā)提供了條件。本文主要介紹了影響pcf熔接的主要因素,比較了傳統(tǒng)電弧熔接方法和激光熔接方法的優(yōu)缺點(diǎn),闡述了激光熔接的基本原理和工作流程,為pcf激光熔接機(jī)的制作打下基礎(chǔ)。

使用脈寬為1.6ps的脈沖光抽運(yùn)0.6m長的光子晶體光纖,測量由光纖中自發(fā)四波混頻過程所產(chǎn)生光子對(duì)的頻譜,并利用所獲得的相位匹配數(shù)據(jù)確定了待測光纖的色散。當(dāng)抽運(yùn)光的中心波長以1nm的步長,在1037～1047nm的范圍內(nèi)變化時(shí),通過可調(diào)諧濾波器和單光子探測器測量光子晶體光纖產(chǎn)生的信號(hào)和閑頻光子對(duì)的頻譜,從而獲得11組四波混頻相位匹配數(shù)據(jù)。然后使用階躍有效折射率模型對(duì)所獲得的相位匹配數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得出待測光子晶體光纖的纖芯半徑和包層空氣比的有效值分別為0.949μm和29.52%,并在此基礎(chǔ)上計(jì)算了光纖的色散及全頻譜范圍內(nèi)的四波混頻相位匹配曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,曲線預(yù)測值與實(shí)測值之間誤差小于0.1%。