1 华北电力大学电气与电子工程学院，河北 保定 071003
2 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室，河北 保定 071003
3 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室，河北 保定 071003
本文设计了一种适用于长距离光纤通信的新型光子晶体光纤。该光纤包层内椭圆形和圆形空气孔呈交错排列，纤芯两侧为两个小椭圆空气孔。利用有限元分析方法对所设计光纤的传输特性进行分析并对其结构进行了优化，确定了最佳结构。结果表明，波长为1550 nm时，此新型光子晶体光纤在最佳结构下可提供高达3.51×10-2的高双折射和低至1.5×10-9 dB/m的限制性损耗。与现存的引入椭圆形空气孔的光子晶体光纤相比，本文中的光子晶体光纤的双折射系数有较大提高，限制性损耗系数降低了5个数量级。另外，本文还详细研究了光子晶体光纤的色散随光子晶体光纤结构的变化以及其布里渊增益特性，并分析了其可制造性。基于其高双折射和低限制性损耗特性，此种光纤可应用于长距离光纤通信系统。
光子晶体光纤 高双折射 低限制性损耗 有限元分析法 photonic crystal fiber high birefringence low confinement loss finite element method
1 西南科技大学 理学院, 绵阳 621010
2 西南科技大学 计算机科学与技术学院, 绵阳 621010
为了改善高功率光纤激光器的非线性效应, 提出并设计了一种新型的无源、单模、低损耗、大模场的光子晶体光纤结构。利用时域有限差分法并结合完美匹配层边界条件, 分析了光子晶体光纤有效模场面积的影响因素, 得到光子晶体光纤性能随波长及几何结构的变化规律, 从而得到实现更大模场面积的结构参量。结果表明, 保证单模传输的情况下, 在1.064μm波长处, 优化设计的大模场光子晶体光纤有效模场面积可达3118.4μm2, 对应的非线性系数可低至5.68×10-5 m-1·W-1, 限制损耗可降低到4.55×10-7 dB·m-1。该光纤具备低损耗、低非线性和大模场面积等特性, 在实现光子晶体光纤激光器高功率、高光束品质激光输出方面具有重要应用。
光纤光学 光子晶体光纤 时域有限差分法 大模场面积 低限制损耗 fiber optics photonic crystal fiber finite difference time domain method large-mode area low confinement loss
1 萍乡学院机械电子工程学院, 江西 萍乡 337055
2 赣南师范大学物理与电子信息学院, 江西 赣州 341000
设计了一种中心带有椭圆空气孔缺陷的光子晶体光纤，采用全矢量有限元法研究了该光纤基模的电场分布、双折射、色散、非线性及限制损耗等特性。结果表明，电场能量被束缚在光纤的纤芯。在λ=1.55 μm处，光纤的双折射为5.958×10-2，达到10-2数量级；在1.50~1.60 μm波段范围内，色散值在（-549.2±5） ps/(nm·km)范围内，具有高负平坦色散。此外，该光纤的x偏振基模的非线性系数为46.82 W-1·km-1，低损耗值为5.413×10-4 dB/km，并且在y方向上两个基模偏振态的限制损耗是x方向的6423倍。该光子晶体光纤具有高双折射、高非线性、高负平坦色散、低损耗的特点，在光纤传感、偏振控制、色散补偿及非线性光学等领域具有广阔的应用前景。
光子晶体光纤 高双折射 高非线性 负色散 低限制损耗 有限元法 激光与光电子学进展
2018, 55(7): 070604
1 宁波大学 高等技术研究院 红外材料与器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 中山大学 电材料与技术国家重点实验室, 广州 510275
运用平面波展开法分析As2S3、Ge20Se65Sb15和As2Se3硫系玻璃光纤在不同空气填充率下的带隙分布图, 分析结果表明三种材料在空气填充率提高到0.75时, 光子带隙与空气线均出现交汇模式, 且带隙宽度大, 纤芯空气孔中适宜进行激光传输.运用有限元法分析不同纤芯孔直径的Ge20Se65Sb15硫系玻璃空芯光子带隙光纤的基模限制损耗和有效模场面积, 结果表明纤芯直径9.2 μm时限制损耗最低, 模场面积较小.通过优化光纤的结构参量, 适合于4.3 μm波长处高功率中红外激光传输的空芯光子带隙光纤, 其限制损耗为0.00472 dB/m, 有效模场面积为58.046 μm2.
光纤光学 空芯光子带隙光纤 平面波展开法和有限元法 硫系玻璃 低限制损耗 Fiber optics Hollow-core photonic crystal fiber Plane-wave expansion method and finite element met Chalcogenide glass Low confinement loss
天津理工大学薄膜电子与通信器件重点实验室, 天津 300384
提出了一种新型的微结构纤芯的光子晶体光纤，在纤芯中引入10个呈矩形排列的小圆空气孔，包层空气孔呈阶梯渐增结构。采用全矢量有限元法，通过改变纤芯小圆空气孔的大小和二者之间的孔间距，研究了这种光纤的基模模场、双折射、限制损耗和色散特性。研究结果表明，当小圆半径r1=0.225 μm，孔间距Λ2=1.30 μm时，在波长1.55 μm处，双折射为3.22×10-2，限制损耗低至4.92×10-8 dB/m，且在0.6~2.0 μm之间可获得三个零色散点。另外，通过优化纤芯结构参数，在波长1.55 μm处，双折射最大值可达3.45×10-2,损耗最低达2.88×10-9 dB/m。该设计为在光纤通信、光纤传感方面的应用提供了理论基础。
光纤光学 光子晶体光纤 微结构纤芯 高双折射 低损耗 有限元法
天津大学精仪学院激光与光电子研究所， 光电信息技术科学教育部重点实验室， 天津 300072
为了得到高非线性低损耗光子晶体光纤，设计了八角格子圆形空气孔组成的光子晶体光纤结构。利用全矢量有限元法并结合完美匹配层吸收边界条件，对该光子晶体光纤的纤芯材料折射率、非线性系数和限制损耗进行了数值模拟。数值模拟结果表明，该光纤呈现高非线性、低损耗和较好的模场约束能力。调整光纤参数为d1=0.77 μm，d2=0.86 μm时可以得到更好的结果，在波长1.55 μm处获得高的非线性系数37.6 km-1·W-1和低限制损耗0.7×10-17 dB/km。
光子晶体光纤 有效模面积 模场分布 高非线性 低限制损耗 激光与光电子学进展
2013, 50(4): 040601
1 天津大学精仪学院， 光电信息技术科学教育部重点实验室， 天津 300072
2 天津大学仁爱学院计算机科学与技术系， 天津 301636
设计了一种新型的光子晶体光纤(PCF)，使其能同时实现高非线性，超平坦色散和低损耗。通过基于全矢量有限元算法的模拟软件COMSOL，分析加了各向异性完美匹配层的八层空气孔光子晶体光纤的有效模场面积，色散特性以及光纤的限制损耗。数值模拟结果指出在波长1.55 μm处可获得36.2 W-1·km-1的高非线性系数。在1.37~1.70 μm共330 nm波长范围内，光子晶体光纤的色散值可达到(0.3±0.3)ps/(nm·km)，同时限制损耗在1.37~1.62 μm波长范围始终低于0.1 dB/km。
非线性光学 光子晶体光纤 高非线性 超平坦色散 低损耗 激光与光电子学进展
2011, 48(12): 120605
