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大负色散低限制损耗光子晶体光纤的特性研究

半导体光电 2008年第5期29卷 741-744,748页

作者：刘兆伦赵国生王伟侯蓝田赵兴涛燕山大学红外光纤与传感研究所河北秦皇岛066004 河北省卢龙职业技术教育中心河北卢龙066400 燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004

设计了一种双层芯双包层结构的大负色散低限制损耗光子晶体光纤,运用多极法对其色散特性和限制损耗进行了数值模拟。主要分析了这种光子晶体光纤的结构参数发生改变时,光纤的色散特性的变化情况,找到了其色散随结构参数变化的规律。最... 详细信息

设计了一种双层芯双包层结构的大负色散低限制损耗光子晶体光纤,运用多极法对其色散特性和限制损耗进行了数值模拟。主要分析了这种光子晶体光纤的结构参数发生改变时,光纤的色散特性的变化情况,找到了其色散随结构参数变化的规律。最终通过选择适当的结构参数,设计了在1550 nm波长附近处色散值为-12000 ps/(***)的大负色散低限制损耗光子晶体光纤。

关键词：光纤光学光子晶体光纤色散限制损耗多极法

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

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光子学报 2014年第S1期43卷 50-53页

作者：盛勇陆驹姚高峰胡乐镇江船艇学院江苏镇江212013 江苏大学江苏镇江212013

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... 详细信息

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.

关键词：双折射限制损耗光子晶体光纤有限元法

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平坦色散低限制损耗光子晶体光纤的设计

激光技术 2011年第1期35卷 61-64页

作者：姜凌红侯蓝田邹金红侯宇燕山大学红外光纤与传感研究所秦皇岛066004

为了得到一种新的具有低限制损耗和平坦色散的光子晶体光纤,设计了具有6层空气孔的正八边形结构,将包层分布为3种不同空气孔直径d_1,d_2,d_3,采用多极法数值模拟了这些结构参量对其色散特性和限制损耗的影响。得到在1.3μm～1.72μm波... 详细信息

为了得到一种新的具有低限制损耗和平坦色散的光子晶体光纤,设计了具有6层空气孔的正八边形结构,将包层分布为3种不同空气孔直径d_1,d_2,d_3,采用多极法数值模拟了这些结构参量对其色散特性和限制损耗的影响。得到在1.3μm～1.72μm波长范围内,光纤的色散系数介于-0.1ps/(km·nm)～0.58ps/(km·nm)之间,在波长1.55μm处的限制损耗达到了0.16dB/km的平坦色散低限制损耗光子晶体光纤。结果表明,特殊的八边形结构比较适合用于平坦色散低限制损耗光子晶体光纤的研究。这一结果对于光子晶体光纤在光通信的应用是有帮助的。

关键词：光纤光学光子晶体光纤平坦色散色散斜率限制损耗

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W型光子晶体光纤限制损耗与色散的研究

W型光子晶体光纤限制损耗与色散的研究

作者：李相国防科学技术大学

学位级别：硕士

光子晶体作为一种新型的光学材料,能近乎完美地控制光波在其中的传输。光子晶体光纤(PCF)是基于光子晶体技术发展起来的新一代光纤,具有无限单模传输、高双折射等多种特性,在光纤激光器、光纤传感、超连续谱的产生、光子晶体天线和光学... 详细信息

光子晶体作为一种新型的光学材料,能近乎完美地控制光波在其中的传输。光子晶体光纤(PCF)是基于光子晶体技术发展起来的新一代光纤,具有无限单模传输、高双折射等多种特性,在光纤激光器、光纤传感、超连续谱的产生、光子晶体天线和光学集成电路等领域具有广阔的应用前景。近年来,国际上研制出一种具有长波截止功能的光纤——折射率凹陷光纤,因为其折射率分布形状类似字母“W”,所以又称为W型光纤。这种光纤具有特定的滤波功能,是光电子学领域的热门研究课题之一。但是现有常规W型光纤存在制作工艺上的局限性和不能随意弯曲的问题。本文基于现有W型掺铒光纤存在不少缺点的现状,结合光子晶体光纤灵活的结构,提出了一种新型的W型光纤模型——W型光子晶体光纤,并进行了理论研究和数值仿真,主要内容包括以下几个方面: 1、探讨了有限元法的基本原理,理论分析了采用有限元法进行模拟的计算步骤,研究了完美匹配层(PML)的概念并且进行了优化选择。 2、在充分研究了常规W型光纤和普通光子晶体光纤的基础上,提出了一种新型的W型光子晶体光纤,用有限元法对该种光纤进行了仿真。结果表明该种光纤的第一层孔大小以及孔间距对光纤的损耗影响很大。选择合理的光纤参数时,W型光子晶体光纤对600nm至1800nm波段内的限制损耗及色散特性与普通光子晶体光纤的有较大的差异。 3、在理论模拟的基础上,采用光纤的后处理技术,对原有常规光子晶体光纤进行加工,经过选择性堵孔和熔融拉锥,制作出了一段W型光子晶体光纤。 4、对该W型光子晶体光纤限制损耗特性的测量:设计并搭建了基于超连续谱光源的测量W型光子晶体光纤限制损耗随波长变化的实验装置,利用该系统对W型光子晶体光纤的限制损耗特性进行了测量,实验结果和理论仿真相吻合,验证了W型光子晶体光纤的滤波特性。

关键词： W型光纤光子晶体光纤有限元法 W型光子晶体光纤限制损耗色散特性

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负曲率空芯光纤限制损耗的影响因素

激光与光电子学进展 2019年第5期56卷 37-46页

作者：陈翔胡雄伟李进延华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074

基于反谐振反射光波导模型和模式耦合模型分析了负曲率空芯光纤的导光机理,利用有限元法模拟计算了圆形管环负曲率空芯光纤的结构参数对基模限制损耗的影响。通过分析嵌套环优化基模限制损耗机理,发现嵌套环之间的空气层对反谐振反射也... 详细信息

基于反谐振反射光波导模型和模式耦合模型分析了负曲率空芯光纤的导光机理,利用有限元法模拟计算了圆形管环负曲率空芯光纤的结构参数对基模限制损耗的影响。通过分析嵌套环优化基模限制损耗机理,发现嵌套环之间的空气层对反谐振反射也有贡献,且嵌套环在不同管环数量下对限制损耗优化的影响不同。设计了一种纤芯直径不超过20μm的低限制损耗负曲率空芯光纤,其在1550nm处的限制损耗小于1dB/km,可保证单模传输。

关键词：光纤光学空芯光纤限制损耗有限元法负曲率嵌套环

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光子晶体光纤双折射度及限制损耗特性研究

现代工业经济和信息化 2017年第22期7卷 18-21页

作者：雷刚 93897部队陕西西安710077

通过改变光子晶体光纤纤芯大小、空气孔间距、空气孔层数等参数,分析其有效折射率、双折射度的变化情况及参数变化对限制损耗的影响。实验结果表明,通过改变光纤的结构参数,设计的光纤模式双折射度达到10^(-2)量级,限制损耗可控制在10^(... 详细信息

通过改变光子晶体光纤纤芯大小、空气孔间距、空气孔层数等参数,分析其有效折射率、双折射度的变化情况及参数变化对限制损耗的影响。实验结果表明,通过改变光纤的结构参数,设计的光纤模式双折射度达到10^(-2)量级,限制损耗可控制在10^(-7)量级,对高速长距离光纤通信的实际应用奠定了基础。

关键词：光子晶体光纤双折射度限制损耗

基于对称双环嵌套管的低损耗弱耦合六模空芯负曲率光纤

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物理学报 2024年第7期73卷 90-103页

作者：惠战强刘瑞华高黎明韩冬冬李田甜巩稼民西安邮电大学电子工程学院西安710121 西安市微波光子与光通信技术重点实验室西安710121

本文设计了一种具有对称双环嵌套管结构的新型低损耗少模空芯负曲率光纤,该光纤支持LP_(01),LP_(11),LP_(21),LP_(02),LP_(31a),LP_(31b)共6种纤芯模式.所设计的光纤以SiO(_2)作为基底材料,采用特殊的对称双环嵌套结构将包层区域进行划... 详细信息

本文设计了一种具有对称双环嵌套管结构的新型低损耗少模空芯负曲率光纤,该光纤支持LP_(01),LP_(11),LP_(21),LP_(02),LP_(31a),LP_(31b)共6种纤芯模式.所设计的光纤以SiO(_2)作为基底材料,采用特殊的对称双环嵌套结构将包层区域进行划分,能够有效地减小纤芯模式与包层模式的耦合.使用有限元法对该少模空芯负曲率光纤的结构参数进行优化,并分析了纤芯各个模式的限制损耗和弯曲损耗.仿真结果表明,所提出的少模空芯负曲率光纤能够同时支持弱耦合的6种纤芯模式独立传输(相邻模式间的有效折射率差均大于10~(–4),有效地避免了纤芯内模式间的耦合).在400 nm带宽(1.23—1.63μm,覆盖O,E,S,C,L波段)范围内,纤芯中的6个模式均保持低损耗稳定传输.各模式限制损耗在1.4μm处达到最低,其中基模LP_(01)模式的限制损耗最低,为4.3×10^(–7)d B/m.此外,当弯曲半径为7 cm时,各模式在一定工作波长范围内均保持低弯曲损耗传输.公差分析表明,当结构参数偏移±1%时,该少模空芯负曲率光纤仍然可以保持低损耗弱耦合的传输特性.

关键词：空芯负曲率光纤少模光纤限制损耗弯曲损耗

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低损耗少模空芯负曲率光纤的设计与研究

低损耗少模空芯负曲率光纤的设计与研究

作者：刘瑞华西安邮电大学

学位级别：硕士

随着数据流量的迅猛增加,传统的单模光纤通信系统面临着容量不足的挑战。为了应对这一挑战,研究人员探索了在时间、幅度和空间等多个维度上对信息进行复用的方法。在这些技术中,模分复用技术利用不同正交模式独立传输信号,成为提升传输... 详细信息

随着数据流量的迅猛增加,传统的单模光纤通信系统面临着容量不足的挑战。为了应对这一挑战,研究人员探索了在时间、幅度和空间等多个维度上对信息进行复用的方法。在这些技术中,模分复用技术利用不同正交模式独立传输信号,成为提升传输速率、扩展系统容量的关键突破性技术之一,在缓解容量紧缩问题方面的展现出巨大潜力。传统实芯光纤通常具有高非线性、高瑞利散射、低损伤阈值以及高色散等固有缺陷,这限制了模分复用技术的发展。而空芯光纤以空气作为纤芯导光介质,具有低非线性、低色散、宽带宽、低传输延迟和高损伤阈值等优点,在光纤通信及高功率激光传输等应用场景具有广阔的发展前景。其中,空芯负曲率光纤的纤芯模式与介质重叠率低,模式纯度高,并且通过改变玻璃壁厚即可实现对工作频段的灵活调谐,因此备受关注。目前,单模空芯负曲率光纤的损耗已经降低至与实芯光纤同一水平,并在光纤通信系统中得到了广泛的研究。然而,当前对于空芯负曲率光纤的少模传输特性方面的研究报道不足。与传统少模光纤相比,少模空分负曲率光纤具有极低损耗、低差分群时延、低非线性系数、低模式串扰等优点,各模式之间耦合程度较弱,有效避免了模间串扰,使其更具吸引力。本文从空芯负曲率光纤导光机理出发,结合弱耦合低损耗的基本要求,借助COMSOL Multiphysics有限元仿真软件,设计并仿真了两种新型低损耗弱耦合的少模空芯负曲率光纤,主要研究内容概括如下:首先,提出了一种基于对称双环嵌套管结构的新型弱耦合少模空芯负曲率光纤设计,通过在包层区域引入多个反谐振层,减少纤芯与包层模式耦合,实现了六种纤芯模式的低损耗传输。其主要结构参数为嵌套管壁厚t=1.12μm,相邻管间隙g=0.5μm,嵌套小圆管与包层圆管半径比k=0.4,纤芯半径R=24μm。在400 nm带宽（1.23-1.63μm）范围内,纤芯中的六个模式均保持低损耗（损耗。之后对光纤的关键结构参数进行了偏移±1%的公差分析,结果表明,该光纤仍保持低损耗弱耦合的传输特性。其次,设计了一种新型椭圆嵌套管结构的少模空芯负曲率光纤,在包层区域增加了反谐振层以及额外的负曲率边界,实现了低损耗的少模传输特性。该光纤能够支持六种不同的模式独立传输信号,其主要参数包括包层管厚度t=1.12μm,相邻包层圆管间隙g=3.5μm,椭圆嵌套管的椭圆率k=0.7,以及纤芯半径R=25μm。在450 nm的宽波段内（1.25-1.7μm）,所支持的六种模式都能以低于0.001 d B/m的损耗保持弱耦合传输,并且前五个模式的限制损耗均低于3×10d B/m。同时,研究发现当光纤弯曲半径为7 cm时,各模式在特定波长范围内（500 nm）仍能保持低损耗传输。通过对主要参数进行公差分析,结果表明,所设计的低损耗少模空芯负曲率光纤具有一定的制造可行性。

关键词：空芯负曲率光纤少模光纤弱耦合限制损耗

宽波段、大模场双包层光子晶体光纤结构设计及性能分析

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应用光学 2024年第4期45卷 865-872页

作者：张云龙谭芳解国兴高斌豪穆伟朱先和陈德孝长春大学理学院吉林长春130022

设计了一种独特的双包层光子晶体光纤结构,由外包层的2层圆形空气孔及内包层的2层正八边形空气孔构成,芯材料为稀土掺杂铋的多组分玻璃。采用有限元法结合散射边界条件分析了该结构光子晶体光纤的模场面积、限制损耗、有效折射率、时均... 详细信息

设计了一种独特的双包层光子晶体光纤结构,由外包层的2层圆形空气孔及内包层的2层正八边形空气孔构成,芯材料为稀土掺杂铋的多组分玻璃。采用有限元法结合散射边界条件分析了该结构光子晶体光纤的模场面积、限制损耗、有效折射率、时均功率等特性。结果表明:在波长为1310 nm、1550 nm、1600 nm时对应的模场面积、限制损耗分别为726.5μm^(2)、1.24×10^(-8)***^(-1);731.26μm^(2)、1.32×10^(-8)***^(-1);732.28μm^(2)、1.72×10^(-8)***^(-1)。其中在工作波长1550 nm的时均功率z分量最高可达313 W·m^(-2),可以为高功率激光器的增益介质作参考,为宽波段可调谐激光器提供新的选择。

关键词：光子晶体光纤高功率宽波段模场面积限制损耗

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