1 北京控制工程研究所，北京0090
2 空间智能控制技术重点实验室，北京100190
3 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京100191
光子带隙光纤有着独特的结构形式、传输介质和导光机制，这使其具有传统光纤无法比拟的优点，是未来光纤陀螺的理想选择。但光子带隙光纤粗糙的纤芯内壁导致其产生强烈的背向散射次波，会使光子带隙光纤陀螺产生额外的非互易误差。为了定量分析光子带隙光纤背向散射次波强度大小，论文基于电偶极子辐射理论建立了一种简单的光子带隙光纤背向散射次波理论模型。通过聚焦离子束微纳加工法和原子力显微镜测量得到了准确的纤芯内壁表面形貌功率谱密度，进而计算得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数理论值为2.61×10-9/mm。通过光频域背向反射散射仪得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数测量值为~1.82×10-9/mm，初步验证了背向散射次波模型的正确性，为背向散射次波抑制技术研究奠定了基础。
光子带隙光纤 背向散射次波 功率谱密度 photonic bandgap fiber backscatter secondary wave power spectral density 
Author Affiliations
Abstract
1 Tianjin University, Center for Terahertz Waves and College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering, and Key Laboratory of Optoelectronics Information and Technology, Tianjin, China
2 China University of Mining and Technology, School of Materials Science and Physics, Xuzhou, China
3 Guilin University of Electronic Technology, Guangxi Key Laboratory of Optoelectronic Information Processing, School of Optoelectronic Engineering, Guilin, China
4 Oklahoma State University, School of Electrical and Computer Engineering, Stillwater, Oklahoma, United States
Valley topological photonic crystals (TPCs), which are robust against local disorders and structural defects, have attracted great research interest, from theoretical verification to technical applications. However, previous works mostly focused on the robustness of topologically protected edge states and little attention was paid to the importance of the photonic bandgaps (PBGs), which hinders the implementation of various multifrequency functional topological photonic devices. Here, by systematically studying the relationship between the degree of symmetry breaking and the working bandwidth of the edge states, we present spoof surface plasmon polariton valley TPCs with broadband edge states and engineered PBGs, where the operation frequency is easy to adjust. Furthermore, by connecting valley TPCs operating at different frequencies, a broadband multifunctional frequency-dependent topological photonic device with selectively directional light transmission is fabricated and experimentally demonstrated, achieving the functions of wavelength division multiplexing and add–drop multiplexing. We provide an effective and insightful method for building multi-frequency topological photonic devices.
multi-frequency topological device photonic valley Hall effect valley edge state photonic bandgap Advanced Photonics Nexus
2024, 3(3): 036004
1 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
2 浪潮电子信息产业股份有限公司, 济南
2 μm波段属于人眼波段, 并且具有大气通信窗口, 对该波段的研究是未来光通信系统亟待开发的领域。软玻璃材料相比于石英玻璃, 具有更宽的透光范围, 并且可扩展到中红外波段, 以配合2 μm波段光通信系统。设计了一种多芯空芯光子带隙光纤, 针对不同模式的模场面积、限制损耗和弯曲损耗等特性进行仿真分析。综合分析给出了2 μm波段单个和多个模式激光传输的最优波长。
空芯光子带隙光纤 2 μm波段 低损耗 弯曲损耗 hollow core photonic bandgap fiber 2 μm band confinement loss bending loss
河北大学物理科学与技术学院，河北 保定 071002
利用独特设计的阵列-液体电极介质阻挡放电装置，率先获得了Lieb晶格等离子体光子晶体，并实现了其基元大小、形状和微观形貌的多自由度原位调控。采用光电倍增管对Lieb晶格等离子体光子晶体的时空动力学行为进行了时空分辨测量。基于有限元计算，对不同基元结构的Lieb晶格等离子体光子晶体的色散关系和能带变化规律进行了系统研究。结果表明：Lieb晶格等离子体光子晶体由两套不同四方子晶格相互嵌套形成，具有优异的时空稳定性和周期性；随着Lieb晶格基元构型的改变，光子带隙发生显著变化，形成了偶然简并的类狄拉克锥结构，以及不同频段的完全带隙和非完全带隙；基元的几何形状对光子带隙数目、位置和宽度均具有重要影响。
材料 光子带隙材料 介质阻挡放电 等离子体光子晶体 Lieb晶格 基元形貌
Hubei Key Laboratory of Intelligent Wireless Communications, Hubei Engineering Research Center for Intelligent Internet of Things, College of Electronic and Information Engineering, South-Central MinZu University, Wuhan 430074, China
Frontiers of Optoelectronics
2022, 15(2): s12200
1 北京交通大学 光信息科学与技术研究所，北京
2 北京交通大学 电子信息工程学院，北京
提出一种在近红外波段具有高保偏、低损耗、优良弯曲特性的新型混合结构空芯保偏光纤。在19 cell光子带隙空芯光纤纤芯内添加双层反谐振弧形薄壁，形成创新性混合结构，在保持带隙型空芯光纤优良弯曲特性的同时，通过降低其反谐振结构的对称性，增强保偏特性。数值分析结果表明，对于1 550 nm波长光，双折射值可高达1.36×10-3，对应两偏振基模限制损耗分别为1.24×10-5 dB/km、4.64×10-4 dB/km; 弯曲半径为5 mm时，两偏振基模的损耗均小于10-2 dB/km。对制作容差所进行的分析结果表明，该空芯保偏光纤在弧形薄壁曲率小范围制备误差情况下能保持良好的传输及保偏特性。光子带隙与反谐振混合结构，将为小弯曲半径下高保偏、低损耗空芯光纤的结构创新探索提供新动力，其优良性能也会有力地推动空芯保偏光纤的应用发展。
保偏光纤 光子带隙空芯光纤 反谐振空芯光纤 低损耗 抗弯曲 polarization-maintaining fiber photonic bandgap hollow-core fiber anti-resonance hollow-core fiber low loss anti-bending
Author Affiliations
Abstract
College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
We found the beam quality factor M2 of the fundamental mode as a function of wavelength is U-shaped in the working photonic bandgap (PBG) of an all-solid PBG fiber (AS-PBGF) for the first time, to the best of our knowledge, and our simulation results also match well with the phenomenon. The normal band that is near the high-frequency edge of the third PBG integrates the lowest M2 and single-mode operation simultaneously, while the other two edge regions suffer from anomalous variation of M2 versus wavelength. The general applicability of this finding can be further extended to other PBGs and also other representative structures in the AS-PBGF field.
all-solid photonic bandgap fiber beam quality factor U-shaped curve photonic bandgap Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 010602
1 西安交通大学物理学院，陕西 西安710049
2 物质非平衡合成和调控教育部重点实验室,陕西 西安712249
除了通过改变胶体粒子半径及晶格常数来实现对光子带隙的调控方式之外，能否利用不同尺寸粒子的混合精确控制胶体光子晶体的显色行为是人们关注的一个重要科学问题。在分析Fe3O4@SiO2胶体光子晶体的带隙范围与介电常数、电磁波入射角度、晶格常数、颗粒尺寸、SiO2包覆层厚度的依赖关系的基础上，利用数值仿真手段对不同尺寸粒子混合得到的光子晶体的光传输特性进行了研究。结果发现，两种粒径的磁性胶体粒子按不同质量比混合后，其光子带隙位置始终落在两种粒径胶体粒子各自形成光子晶体的带隙位置之间，且随着大粒径颗粒掺杂比的增加，反射光谱逐渐红移。这一结果证明混色原理对胶体光子晶体仍然是适用的。该结果对研究胶体光子晶体结构色的新型调控方式具有重要的参考价值。
胶体光子晶体 光子带隙 有限元法 光传输特性 结构色 colloidal photonic crystal photonic bandgap finite element method optical transmission property structural color
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
扩大传输容量已然成为现代光通信技术发展的首要任务。2 μm波段属于人眼波段, 并具有大气通信窗口, 是未来光通信系统亟待开发的领域。软玻璃材料相比于石英玻璃, 具有更宽的透光范围, 并且可扩展到中红外波段, 恰好配合2 μm波段光通信系统。空芯光子带隙光纤(hollow core photonic bandgap fiber, HC-PBGF)由于光纤带隙的存在, 提供了独一无二的导光模式。HC-PBGF具备灵活的光纤结构、较低的损耗, 可控的色散特性, 是非常适合光通信的传输媒介。设计了一种7-cell HC-PBGF, 对该光纤的色散、模场面积、限制损耗和弯曲损耗等特性进行仿真分析。
空芯光子带隙光纤 零色散点 低损耗 弯曲损耗 hollow core photonic bandgap fiber zero dispersion point low loss bending loss
中国电子科技集团公司 第四十六研究所，天津 300220
针对人们对特种光纤的不断增长需求，介绍了基于多谐振耦合机理的异质包层(HC)结构全固光子带隙光纤(AS-PBGF)的工作原理，以及该种结构光纤在实现大模场面积、单模运转和低弯曲损耗等特性的优势。从无源光纤和有源光纤角度分类，着重总结并分析了近些年国际上相关课题组对此种结构光纤的研究报道与进展。最后，展望了基于多谐振耦合机理的HC结构AS-PBGF的应用方向。
全固光子带隙光纤 大模场面积 异质包层 多谐振耦合机理 all-solid photonic bandgap fibers large mode area heterostructured cladding multiple resonant coupling mechanism
