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90 μm, 内包层管外半径为335 μm, 外管内半径为2 000 μm, 外管外半径为2 500 μm。最后得到长度为119 cm, 消光比为-24.831 3 dB, 带宽约为2.2 μm的太赫兹波段偏振分束器。

提出一种新型的基于双包层双芯光纤结构的光时域一阶微分器。基于耦合模理论和矢量分析法, 通过选取合理的双包层双芯光纤的结构参数, 研究得到了一种适用于微波领域的一阶光时域微分器, 其处理信号带宽可达1.63 THz、中心频率为196.25 THz。该微分器具有高微分精度和能量效率。同时通过调节包层厚度, 可以改变微分器带宽和中心频率, 实现带宽和中心频率均可调谐的光时域微分器。

单芯光纤和双芯光纤的耦合问题是限制双芯光纤研究和应用深度的关键问题之一。利用突变光波导的分析方法, 在高斯近似的模场分布下, 推导了单芯单模光纤和双芯单模光纤对接和熔接的耦合能量、总体耦合效率和两纤芯耦合能量比的数学表达式。利用这组关系定量地详细分析了单芯光纤和双芯光纤耦合中的模场匹配、双芯光纤的纤芯距和纤芯位置对耦合效果的影响。利用其中一个纤芯位于光纤中心的双芯光纤, 通过保偏熔接机进行辅助定位, 实测了单芯单模光纤与双芯单模光纤对接耦合的输出能量与纤芯位置的关系, 测量结果能够很好地与理论结果相符合。

以耦合模理论导出的超模为基础,推导出适用于双芯光纤矩形折射率分布长周期光栅(LPG)计算的理论方法,给出了输出的一般解析表达式。针对两纤芯完全相同的双芯光纤上写入两同步均匀且完全相同光栅的特殊模型,给出了单芯输出可用于直接计算的一般解析表达式,这种模型中光栅的影响表现为各波长上的附加相位和谐振波长的偏移,可以用于双芯光纤谐振波长的调整和可控的相位变化。对于两光栅仅有折射率变化幅度差异的模型,给出了数值模拟结果,讨论了这一因素对输出的影响。

受拉丝工艺条件的限制, 双芯光纤的纤芯形状与位置常常有一定的变化，这将会对两芯之间的耦合特性产生影响。在给定相同纤芯面积的条件下，计算分析了三种双(圆、椭、卵)芯光纤的耦合长度随纤芯距离、纤芯形状之间的变化关系。在1550 nm波长下，计算发现，双圆芯光纤比双椭芯光纤在更近的纤芯距离处，其耦合长度开始呈指数增长。计算分析了双(圆、椭、卵)芯光纤的耦合长度随波长的变化关系，发现在相同的工作波长下，双圆芯光纤的耦合长度最长，双卵芯光纤的耦合长度次之，双椭圆芯光纤的耦合长度最短。