北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
提出了一种基于亚波长偏振保持光纤的多维复用与折射率（RI）传感集成器件。该器件由定向耦合器、Y型分束器和布拉格光栅器件构成，能够同时实现三维空间中偏振和频率（解）复用、色散补偿以及RI传感功能。集成器件下行端口输出偏振解复用后的x偏振态，其在0.25 THz频率处的传输率和消光比分别为-5.94 dB和15.16 dB。此后，原波导中y偏振态（工作频率为0.25 THz）与x偏振态（工作频率为0.27 THz）复用后于直通端口输出，传输率分别为-7.20 dB和-2.02 dB。同时，集成的均匀光栅和π相移光栅可分别实现色散补偿（群速度色散为-109.4 ps·THz-1·mm-1）和RI传感（灵敏度为0.181 THz/RIU）功能。基于太赫兹亚波长光纤的集成器件在下一代通感一体化信息系统中具有良好的应用前景。
光学器件 太赫兹 耦合器 复用器 传感器
基于COMSOL平台，设计一种沟槽辅助下双层阶跃折射率结构的四模掺铒光纤。通过对铒离子能级结构、稳态方程和速率方程的理论研究，利用Matlab软件搭建少模光纤放大器系统。利用模拟退火算法实现三层掺杂区域下的铒离子浓度的优化，以确保所设计的四模掺铒光纤放大器的增益特性。仿真结果表明：在纤芯泵浦方式下利用波长为1480 nm的泵浦光对1550 nm的四模式信号进行放大，得到的各模式信号平均增益为26.07 dB，模间增益差（DMG）为0.106 dB；对所设计光纤进行折射率容差分析，得到的平均增益为26.08 dB，DMG为0.34 dB。结果证明了所设计的少模光纤放大器的稳定特性，其具有广泛的发展前景和应用潜力。
空分复用 少模光纤放大器 模拟退火算法 增益均衡 光学学报
2023, 43(22): 2206007
北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
提出了一种空气孔辅助型偏振保持少模光纤，在椭圆环芯中心引入一个椭圆形空气孔，并在水平和竖直方向分别引入4个不同尺寸的圆形空气孔，以提高模式间的有效折射率差，实现多阶模式间无串扰偏振保持传输。通过数值仿真研究了4个圆形空气孔的尺寸和位置、环形纤芯的尺寸和椭圆率以及椭圆形空气孔的尺寸和椭圆率对偏振保持传输性能的影响。经过参数优化设计，所提光纤在1520～1600 nm波段内满足所有相邻模式间的有效折射率差Δneff均高于1.0×10－4，色散为17.6～51.3 ps/(nm·km)。所提光纤在大容量空分复用通信技术中具有良好的应用前景。
光纤光学 偏振保持 空气孔辅助 空分复用 少模光纤 中国激光
2022, 49(17): 1706001
1 北京交通大学光波技术研究所，北京 100044
2 北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
提出了一种基于矢量模式的全光纤模式选择耦合器，该耦合器由一个单模光纤和一个空气芯环形少模光纤组成。基于耦合模理论，研究了不同参数对耦合特性的影响，并且详细分析了纤芯间距对高阶模式间的串扰和工作带宽的影响。结果表明，在相位匹配条件下，该矢量模式选择耦合器可高效地实现基模与特定高阶模的耦合；通过改变耦合器的纤芯间距，可以调控模式间的串扰和工作带宽之间的平衡关系。该模式选择耦合器可直接实现基模到高阶矢量模式的高效转换，能降低光通信系统的插损和复杂度，在光纤激光器、光镊和模分复用系统中具有潜在的应用价值。
光纤光学 模分复用 相位匹配 矢量模式 模式选择耦合器
北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
现代光网络需要满足高速、大带宽，大容量传输技术。基于反谐振反射光波导机制，提出一种偏振保持（PM）空芯光纤。光被正交方向上厚度不同的4个套管限制在空气芯子中来实现有效的PM传输。为了实现提高PM性能的同时降低传输损耗，研究了套管中反谐振层的数量、套管厚度、空气芯子尺寸以及正交方向上相邻两个套管之间距离的影响。数值仿真结果表明，所提出的反谐振空芯光纤在1550 nm处支持两种正交偏振模式，HE11x和HE11y模式的双折射为1.2×10-4，传输损耗分别为0.002 dB/m和0.013 dB/m。此外，在1425~1725 nm（带宽为300 nm）内，光纤的双折射不低于1.0×10-4，传输损耗在0.002 dB/m~0.185 dB/m范围内，色散值低于45.51 ps?nm-1?km-1)。同时，由于采用空芯结构的设计，光纤具有较低的弯曲损耗。所提出的光纤在需要短距离，大容量和低时延传输的数据中心和金融网络系统等领域具有较好的应用前景。
双折射 反谐振反射光波导 偏振保持 空芯光纤 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2326001
1 北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
2 北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044
针对机械微弯长周期光纤光栅的基模HE11到高阶纤芯矢量模式(TE01、TM01和HE21)的耦合特性,分析了阶跃型和反抛物线型两种少模光纤结构下机械微弯长周期光纤光栅的光栅周期、微弯幅度和耦合系数等参数对矢量模式耦合的影响。研究结果表明,耦合系数是模式耦合过程中的关键,通过施加压力改变光纤的微弯幅度可以有效调谐光栅矢量模式的耦合强度。基于反抛物线型光纤结构的机械微弯长周期光纤光栅可以特定波长激发特定的高阶矢量模式(TE01、TM01和HE21),并且由基模向高阶模式转换的谐振波长可调谐。该机械微弯长周期光纤光栅在矢量模式复用、轨道角动量的产生和复用领域有潜在的应用价值。
光纤光学 机械微弯长周期光纤光栅 少模光纤 矢量模式转换 光学学报
2020, 40(12): 1206003
1 北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
2 北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044
为了实现模分复用系统中的模式转换,提出了基于环形光纤的倾斜长周期光纤光栅的矢量模式转换方法。利用有限差分法和耦合模理论,研究了折射率调制的倾斜角度、幅度函数、光栅长度及耦合系数对模式耦合的影响。结果表明,在相位匹配条件下,该光栅可在不同波长处实现基模到特定高阶矢量模式的转换,且波长间隔大于150 nm。倾斜角度在模式耦合中起着关键作用,在倾斜角度约为84°时转换效率可达到最大。与现有模式转换方法相比,这种模式转换器模式间隔较大,模式间串扰低、转换效率高,在轨道角动量复用和矢量模式复用中有潜在应用价值。
光纤光学 倾斜长周期光纤光栅 矢量模式转换 少模环形光纤 耦合模理论
北京交通大学全光网及现代通信网教育部重点实验室光波技术研究所, 北京 100044
提出一种反抛物线型掺铒光纤,该光纤可以实现二阶模式组中简并矢量模式的有效分离。将其作为光纤激光器的增益介质,采用数值方法分析光纤中饵离子掺杂分布、饵离子掺杂浓度、光纤长度和抽运光功率对掺饵光纤激光器输出模式的影响。通过在光纤不同环形区域内掺杂饵离子,可以实现TE01模式或TM01模式的单独输出,并且激光器的斜率效率分别高达67.4%和63.5%,输出模式纯度分别高达99.97%和99.99%。所提的基于反抛物线型掺铒光纤的激光器具有斜率效率高、输出模式纯度高的优势,该光纤激光器可应用于高功率激光器、光纤通信和光纤传感等领域。
激光器 光纤激光器 掺杂分布 斜率效率 模式纯度
Author Affiliations
Abstract
1 Key Lab of All Optical Network & Advanced Telecommunication Network of EMC, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
2 Institute of Lightwave Technology, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
We present a single-mode multilayer-core fiber with a large mode area (LMA) and a low bending loss in this Letter. A low equivalent core-cladding refractive index difference is achieved by exploiting the multilayer structure. The multilayer structure has a better bending performance than a traditional step-index core and this structure also contributes to realizing different curved refractive index profiles that have a better bending performance. An index trench is also introduced to dramatically reduce the bending loss. The experimental results show that, at a wavelength of 1550 nm, the mode area of the fabricated fiber is about 215.5 μm2 and the bending loss is 0.58 dB/turn at a 10 mm bending radius. The LMA and excellent bending performance can be obtained simultaneously with the proposed fiber.
060.2280 Fiber design and fabrication 060.2310 Fiber optics 060.2400 Fiber properties 060.2430 Fibers, single-mode Chinese Optics Letters
2016, 14(12): 120601
Author Affiliations
Abstract
1 Key Lab of All Optical Network &
2 Advanced Telecommunication Network of EMC, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
3 Institute of Lightwave Technology, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
We investigate optimal twin-hole poling optical fiber configurations, including distances between core and each electrode, and poling voltage based on the two-dimensional charge dynamics model. We propose a poled fiber with optimized .(2) as well as single-polarization property. Small distance between core and anode -guarantees the poled fiber with large .(2) in fiber core and large polarization-dependent loss. A maximum .(2) in the core region either outside or inside nonlinear layer can be realized by appropriately selecting edge-to-edge distance between core and cathode. The maximum .(2) in the core region can be even larger by increasing the poling voltage.
060.4370 Nonlinear optics, fibers 060.2430 Fibers, single-mode 060.2280 Fiber design and fabrication Chinese Optics Letters
2015, 13(s1): S10603
