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大传输窗口低限制损耗空芯反谐振光纤的数值研究

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光电子．激光 2022年第10期33卷 1087-1093页

作者：娄跃施伟华张甜甜南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023

提出了一种大传输窗口低限制损耗单环嵌套结构的空芯反谐振光纤。采用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件数值模拟了光纤传输特性,并分析了空芯反谐振光纤的结构参数对光纤传输特性的影响。仿真结果表明,优化后的光纤具有大传输窗口... 详细信息

提出了一种大传输窗口低限制损耗单环嵌套结构的空芯反谐振光纤。采用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件数值模拟了光纤传输特性,并分析了空芯反谐振光纤的结构参数对光纤传输特性的影响。仿真结果表明,优化后的光纤具有大传输窗口低限制损耗的优势,且具有平坦色散特性。当纤芯直径为50μm、反谐振管个数N为6、反谐振管厚度t为0.30μm、外层反谐振管直径d为32.50μm、内层反谐振管直径d为21.13μm时,在1260—1675 nm波长范围内,限制损耗均低于0.21 dB/km,色散值为(1.1±0.3)ps/(nm·km),在波长为1550 nm时,限制损耗为0.078 dB/km。

关键词：反谐振光纤低限制损耗大传输窗口有限元法

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基于石墨烯反谐振光纤的全光调制特性研究

基于石墨烯反谐振光纤的全光调制特性研究

作者：王梦梅燕山大学

学位级别：硕士

光调制器件是实现高速、大容量光纤通信的关键器件,如何提高光调制器的性能一直受到国内外研究学者的关注。自从石墨烯等二维材料被发现,石墨烯优异的特性使其在光学方面拥有极大的潜力。将石墨烯的光电特性与光纤结合,可以实现新型光... 详细信息

光调制器件是实现高速、大容量光纤通信的关键器件,如何提高光调制器的性能一直受到国内外研究学者的关注。自从石墨烯等二维材料被发现,石墨烯优异的特性使其在光学方面拥有极大的潜力。将石墨烯的光电特性与光纤结合,可以实现新型光纤器件。为了充分利用石墨烯材料,本文将石墨烯与反谐振光纤结合,研究石墨烯反谐振光纤的光学特性及全光调制特性,并制备全光调制器。在总结了石墨烯光纤光调制器的国内外研究现状基础上,本文设计并提出了石墨烯与反谐振光纤结合的全光调制器,围绕石墨烯反谐振光纤的理论仿真、制备、熔接和全光调制特性展开了研究,本文的主要内容包括:首先,分析和仿真了石墨烯、反谐振光纤和石墨烯反谐振光纤的特性,研究了石墨烯对反谐振光纤的光学特性以及调控特性的影响,为全光调制特性的研究奠定了理论基础;其次,研究了石墨烯反谐振光纤的制备与表征方法,通过化学气相沉积法在硅基反谐振光纤空气孔壁直接生长石墨烯层,研究不同生长参数对生长的石墨烯的层数与质量的影响,最终生长出较均匀、层数可控的石墨烯层;然后,研究了反谐振光纤、石墨烯反谐振光纤与单模光纤的熔接技术,分析了产生损耗的原因,并通过不同的熔接参数与不同的熔接方法进行了石墨烯反谐振光纤与单模光纤熔接实验,寻找最佳的熔接参数及熔接方法;最后,搭建了全光调制测试系统,设计和测试了不同耦合方式下的全光调制特性、不同泵浦光与信号光下的全光调制特性,并通过实验研究了不同方式下全光调制的调制深度。

关键词：石墨烯反谐振光纤全光调制化学气相沉积法

二氧化钒相变对太赫兹反谐振光纤谐振特性的影响及其应用

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物理学报 2021年第16期70卷 340-346页

作者：闫忠宝孙帅张帅张尧史伟盛泉史朝督张钧翔张贵忠姚建铨天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072

利用有限元分析软件COMSOL模拟包层管内壁涂敷有二氧化钒的太赫兹反谐振光纤,研究二氧化钒的相变对反谐振光纤传输特性的影响.研究表明,在太赫兹波段,二氧化钒的相变会促使反谐振光纤的反谐振周期发生极大的改变,在此过程中,光纤包层管... 详细信息

利用有限元分析软件COMSOL模拟包层管内壁涂敷有二氧化钒的太赫兹反谐振光纤,研究二氧化钒的相变对反谐振光纤传输特性的影响.研究表明,在太赫兹波段,二氧化钒的相变会促使反谐振光纤的反谐振周期发生极大的改变,在此过程中,光纤包层管对入射光束的作用效果由反谐振状态变为谐振状态,在不改变反谐振光纤结构的情况下,仅通过控制二氧化钒的相变即可实现对反谐振光纤纤芯中太赫兹波的有效调控.二氧化钒相变对反谐振光纤的这种调控效果在太赫兹调控器件领域有很广泛的应用前景,基于涂敷二氧化钒的反谐振光纤,本文提出一种太赫兹光开关及一种偏振调控器.其中,在波长为120μm处,光开关处于不同状态时对应的光纤损耗分别为0.5 dB/m与110 dB/m,并且通过激励光源诱导二氧化钒发生快速相变,有望实现快速光开关.在偏振调控器中,可以对反谐振光纤纤芯中太赫兹波的偏振状态以及偏振方向进行控制,偏振状态下光纤的双折射系数大于1.4×10^(-4).

关键词：二氧化钒太赫兹反谐振光纤光纤器件

一种支持130个轨道角动量模式稳定传输的反谐振光纤

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光学学报 2023年第23期43卷 72-81页

作者：王震汪静丽南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023

随着光纤通信技术的不断发展,基于轨道角动量(OAM)模式传输的空分复用技术引起了人们的广泛关注。本文提出了一种反谐振光纤(ARF),其结构主要分为三部分:内层高折射率紫水晶玻璃管作为环芯,其有效增大了纤芯与包层的折射率差,有利于OAM... 详细信息

随着光纤通信技术的不断发展,基于轨道角动量(OAM)模式传输的空分复用技术引起了人们的广泛关注。本文提出了一种反谐振光纤(ARF),其结构主要分为三部分:内层高折射率紫水晶玻璃管作为环芯,其有效增大了纤芯与包层的折射率差,有利于OAM模式的稳定传输;中间层二氧化硅(SiO_(2))玻璃管起到调节色散的作用;外层负曲率管处于反谐振状态,进一步增强了对环芯光子能量的限制。该光纤可在1.5~1.7μm波段内稳定传输130个OAM模式。基于矢量有限元法(FEM)对ARF进行建模仿真与分析,结果表明,最大有效折射率差为6.08×10^(-3),最小色散变化率仅为0.43 ps·nm^(-1)·km^(-1),限制损耗(CL)维持在10^(-14)~10^(-8 )dB/m量级之间且最高模式纯度达到99.26%,有效模场面积最大值为187.38μm^(2),非线性系数最小值为0.87 W^(-1)·km^(-1),数值孔径(NA)均大于0.064。此外,还分析了光纤制作误差对其性能的影响。本文所设计的支持OAM模式传输的ARF在长距离光纤通信、高速信息传输等领域具有广泛的应用前景。

关键词：轨道角动量反谐振光纤限制损耗色散光纤通信

基于包层管正曲率调控的新型太赫兹反谐振光纤

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光通信技术 2023年第6期47卷 21-28页

作者：章玉卓肖庆生江西理工大学信息工程学院江西赣州341000

针对光纤包层管正曲率部分现有研究较少的情况,提出一种基于包层管正曲率调控的新型太赫兹反谐振光纤。首先,对比研究了圆形包层管与半圆半椭圆形包层管的太赫兹反谐振光纤的结构,分析了正曲率对光纤限制损耗的影响及主要机理;然后,对... 详细信息

针对光纤包层管正曲率部分现有研究较少的情况,提出一种基于包层管正曲率调控的新型太赫兹反谐振光纤。首先,对比研究了圆形包层管与半圆半椭圆形包层管的太赫兹反谐振光纤的结构,分析了正曲率对光纤限制损耗的影响及主要机理;然后,对太赫兹反谐振光纤的结构进行优化,即在光纤间隙处采用了2层包层管结构;最后,对3种结构的光纤的限制损耗性能进行仿真计算,并对新型太赫兹反谐振光纤的单模特性进行分析。仿真结果表明:与其它结构的光纤相比,新型太赫兹反谐振光纤的限制损耗为10-5 dB/m数量级,且在2.5~3.1 THz波段保持良好的单模特性。

关键词：太赫兹波导反谐振光纤正曲率限制损耗

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太赫兹波段反谐振光纤偏振分束器设计

光电技术应用 2021年第1期36卷 28-33页

作者：马锐刘硕陈昊东白振旭河北工业大学电子信息工程学院先进激光技术研究中心天津300401

偏振分束器是在光传感和集成光学等领域中非常重要的光学元器件,太赫兹波段被认为是未来大容量无线通信的载体。而双芯空芯反谐振光纤结构设计更加多变,对包层结构没有严格要求,能实现较高的性能以满足人们更多样化的需求,以双芯空芯反... 详细信息

偏振分束器是在光传感和集成光学等领域中非常重要的光学元器件,太赫兹波段被认为是未来大容量无线通信的载体。而双芯空芯反谐振光纤结构设计更加多变,对包层结构没有严格要求,能实现较高的性能以满足人们更多样化的需求,以双芯空芯反谐振光纤为基础设计适用于太赫兹波段的偏振分束器越来越值得深入研究。提出一种以环烯烃聚合物为基底材料的双芯空芯反谐振光纤,通过改变光纤结构参数进一步分析调整,并在此基础上进行了偏振分束器的设计和优化,其结构参数为:内包层管壁厚为90μm,内包层管外半径为335μm,外管内半径为2 000μm,外管外半径为2 500μm。最后得到长度为119 cm,消光比为-24.831 3 dB,带宽约为2.2μm的太赫兹波段偏振分束器。

关键词：太赫兹波段反谐振光纤双芯光纤偏振分束器

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基于反谐振结构的太赫兹光纤及其特性研究

基于反谐振结构的太赫兹光纤及其特性研究

作者：韩忠瑞哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

太赫兹波因其在电磁波谱中独特的位置,有着许多特别的特性,在近些年来应用越来越广泛。同时,太赫兹空芯反谐振光纤因其纤芯超高的占空比和优秀的设计灵活性在太赫兹应用研究方面被广泛关注。但目前对基于反谐振结构的保偏光纤的研究大... 详细信息

太赫兹波因其在电磁波谱中独特的位置,有着许多特别的特性,在近些年来应用越来越广泛。同时,太赫兹空芯反谐振光纤因其纤芯超高的占空比和优秀的设计灵活性在太赫兹应用研究方面被广泛关注。但目前对基于反谐振结构的保偏光纤的研究大多集中在传统波段,且有着双折射较低,耦合长度较长等问题。据此,本文设计了两种基于反谐振原理的太赫兹保偏光纤,并通过有限元方法进行数值分析。本文概述了太赫兹波的背景及应用,并介绍了反谐振保偏光纤的发展现状,表明了研究课题的重要意义。讨论了反谐振光纤的导光机理及分析模型,简单介绍了数值分析方法,对本文中使用的有限元法展开了详细介绍。设计了一种太赫兹单偏振反谐振光纤,通过在包层中选定的几个反谐振管中引入介电常数接近为零(epsilon-near-zero,ENZ)的材料,提升光纤单偏振性能。光纤各结构参数和增益因子对设计的太赫兹单偏振反谐振光纤特性有着较大的影响,对其进行了详细的讨论。在1 THz时实现了1.26×10的高双折射和12882的高偏振消光比。对于需要出色的单偏振特性的各种偏振系统有着潜在的应用价值。设计了一种有着宽带宽、低传输损耗优异特性的不对称太赫兹偏振分束光纤。首先设计了一种太赫兹波段下的高双折射反谐振单芯光纤,然后将其扩展成不对称双芯光纤用于实现偏振分束。该不对称双芯偏振分束光纤在入射光频率为1 THz时,分束长度仅为0.37 cm。有着优秀偏振分束性能的带宽能够达到0.06 THz。本文设计的具有高双折射、高偏振消光比的太赫兹单偏振反谐振光纤和具有低分束长度,宽带宽,高消光比的太赫兹不对称双芯偏振分束光纤在偏振敏感系统、光通信、传感系统等方面有着广泛的应用前景。

关键词：太赫兹波保偏光纤反谐振光纤单偏振偏振分束

基于反谐振原理的空芯太赫兹波导设计与传输特性研究

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基于反谐振原理的空芯太赫兹波导设计与传输特性研究

作者：丁金龙江苏大学

学位级别：硕士

太赫兹由于在电磁波谱中的特殊位置而具有许多特殊的性质,其在生物医学、无损检测、保密通信以及国防安全等领域都具有广泛的应用。迄今为止,许多太赫兹系统都是基于太赫兹波在自由空间传输的条件下,其体积庞大、不易集成且易受到外界影... 详细信息

太赫兹由于在电磁波谱中的特殊位置而具有许多特殊的性质,其在生物医学、无损检测、保密通信以及国防安全等领域都具有广泛的应用。迄今为止,许多太赫兹系统都是基于太赫兹波在自由空间传输的条件下,其体积庞大、不易集成且易受到外界影响,这是限制太赫兹技术发展的一大原因。因此,开发低损耗的宽带太赫兹波导可以有效地推动太赫兹系统的集成化发展,从而推广太赫兹波的应用。本文首先介绍了太赫兹波的特性、太赫兹技术的应用以及太赫兹波导的研究现状。其中,详细介绍了聚合物太赫兹波导的发展进程,分析了目前太赫兹技术应用的前提需要解决低损耗的太赫兹波导问题。因此,本文针对低损耗的太赫兹波导展开研究,详细介绍了以下三个方面的工作:1、设计了一种基于反谐振结构的低损耗太赫兹波导。运用COMSOL有限元仿真软件得到基模场强分布以及有效模式折射率。仿真结果表明,通过使纵向和水平半管的厚度产生差别可以使光纤获得高双折射;在不对称结构下,光纤在不同水平半管厚度下都具有较高的偏振相关损耗,可以在一定的频率范围内实现单偏振传输;设计的空芯反谐振光纤可以在0.25THz的宽频率范围内,双折射大于1.5×10,传输损耗小于10d B/m。2、设计了一种将布拉格结构作为反谐振光纤包层基本单元的空芯太赫兹光纤,数值模拟表明,由布拉格结构组成反谐振单元的四管空芯太赫兹光纤同时具有反谐振传输和布拉格带隙导光的特性,突破反谐振光纤的束缚损耗极限,相比于单层介质层组成的空芯反谐振光纤,可以将反谐振光纤的束缚损耗降低2～3个数量级。最后,对光纤弯曲损耗分析表明,将布拉格结构作为反谐振光纤包层的基本单元可以将光纤的弯曲损耗降低1个数量级以上;其次,合理的选择光纤的外环直径可以有效地抑制纤芯模式和包层模式之间的耦合,减少耦合损耗。3、研究了六角结构的布拉格反谐振太赫兹光纤的传输特性,其模场呈六边形分布,相比于四角结构的正方形模场,其可以有效低降低光源的耦合损耗。数值模拟表明,与单层介质层六管反谐振光纤相比,其能够将光纤的束缚损耗降低1～2个数量级。其次弯曲损耗的分析表明,引入布拉格结构能够使光纤的弯曲损耗降低1个数量级以上;其次,较小的外环直径可以有效减少纤芯和包层模式之间的模式耦合;最后,还分析了当光纤的弯曲角度不同时,其对应的弯曲损耗也会存在差异。

关键词：太赫兹波太赫兹光纤反谐振光纤布拉格结构传输损耗

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基于光轨道角动量的通信光纤设计与性能优化

基于光轨道角动量的通信光纤设计与性能优化

作者：付海昊东北石油大学

学位级别：硕士

随着5G、6G、大数据等网络技术的不断发展和完善,人们对光纤通信的容量提出了新的要求。然而,用于通信的传统单模光纤的容量已经接近香农极限,因此,寻找一种新的支持大容量通信的复用方式极为重要。由涡旋光所携带的不同拓扑电荷数的轨... 详细信息

随着5G、6G、大数据等网络技术的不断发展和完善,人们对光纤通信的容量提出了新的要求。然而,用于通信的传统单模光纤的容量已经接近香农极限,因此,寻找一种新的支持大容量通信的复用方式极为重要。由涡旋光所携带的不同拓扑电荷数的轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)理论上存在无穷多个正交基,如果将这一性质加以充分利用,轨道角动量便可作为一个新的复用自由度存在,从而大幅度提升光纤通信的容量。因此,研究能够支持尽可能多轨道角动量模式的通信光纤,并保证其具有优秀的光纤性能是目前的研究重点。本文主要在以往相关研究的基础上,利用有限元分析软件COMSOL设计了几种光纤结构实现了大容量光纤通信,并利用几个简单的结构总结出了具有普适性的参数设计和性能优化规律。主要做了以下工作:首先从数学的角度对光轨道角动量和光纤中传输的轨道角动量模式进行了解释,然后利用光纤通信的基本理论设计了一种在1.2μm到1.65μm范围内可传输118个轨道角动量模式的光子晶体光纤,并对其性能进行了研究;还利用两个简单的结构,分别研究了光纤环形区域厚度对有效折射率差、色散、有效模场面积、非线性系数、数值孔径、模式纯度、走离长度、限制损耗等性能的影响和包层气孔的形状、大小、数量、层数、层间距等结构参数对光纤色散和限制损耗的影响,得出了具有普适性的参数设计和性能优化规律,并利用这些规律设计了一种可在1.48μm到1.62μm波段内传输394个轨道角动量模式且拥有极高通信性能的光子晶体光纤;另外,本文还提出了一种可在1.50μm到1.60μm波长范围内传输30个轨道角动量模式的反谐振光纤,且具备极低的限制损耗。本文所提出的几种传输轨道角动量的光纤结构可在一定程度上提高轨道角动量模分复用光纤通信系统的通信容量,所总结的具有普适性的参数设计和性能优化规律可为今后设计光纤参数和优化光纤性能提供参考,本文所提出的研究成果在现代光纤通信领域有着重要的潜在价值。

关键词：轨道角动量模分复用技术光子晶体光纤反谐振光纤光纤通信