提出一种基于三芯结构空芯反谐振光纤的太赫兹耦合器。采用有限元分析法对太赫兹光纤的模式特性进行分析，并基于耦合理论得到其耦合特性曲线。仿真结果表明，三芯结构模式具有比单芯结构更低的传输损耗，其耦合长度可通过改变纤芯间隔和隔离包层管的间隙进行调节。采用长度为223.2 mm的三芯结构空芯光纤可以实现插入损耗小于3.5 dB、带宽达到0.52 THz的宽带、均匀分束。
光学器件 空芯太赫兹光纤 反谐振 模式耦合 损耗特性 带宽分析
1 西北工业大学物理科学与技术学院，陕西 西安 710129
2 西北工业大学光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室，陕西 西安 710129
表面等离激元因其极强的束缚光场能力，成为亚波长尺度下研究光与物质相互作用的理想平台，也是构建未来小型化、低功耗、高便携光电子器件的核心单元。更多维度、更加精确和灵活地调控等离激元的模式性质对推动其基础和应用研究至关重要。近年来，光场调控技术的发展，拓展了人们利用光场的维度，也赋予光场更强大的操控等离激元模式的能力。本文简述了矢量光场与等离激元模式作用的基本理论与物理机制，回顾了近年来矢量光场调控等离激元模式激发、耦合和远场辐射的研究进展，并介绍了相关研究在增强光谱、纳米颗粒光捕获、纳米位移传感等方面的应用。
表面等离激元 矢量光场 模式耦合 单向散射 光学学报
2023, 43(16): 1623002
1 上海大学通信与信息工程学院上海市特种光纤与光接入网教育部重点实验室，上海 200444
2 江西师范大学物理与通信电子学院江西省光电子与通信重点实验室，江西 南昌 330022
3 河南师范大学电子与电气工程学院河南省光电传感集成应用重点实验室，河南 新乡 453007
长周期光纤光栅作为一种重要的光无源器件，与所有光纤传感器一样具有抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高、体积小、与光纤系统兼容等优点，在光纤传感与光纤通信领域都有广泛的应用。本文对长周期光纤光栅的模式耦合原理、理论分析方法、光栅制备技术及其在光纤传感与光纤通信领域的主要应用进行了总结分析，其中制备技术主要总结了激光制备技术（包括紫外激光、二氧化碳激光、飞秒激光制备技术）与非激光制备技术（包括电弧放电、机械微弯、包层腐蚀、熔融拉锥、离子注入、超声调制技术），分别介绍了长周期光纤光栅在温度、应变、弯曲、扭转和环境折射率、生化传感等方面的应用，对于光纤通信领域的应用则侧重于全光纤滤波器、模式转换器、起偏器、模式耦合器等方面。本文是按照教程论文的形式撰写的，旨在为相关领域的学生、科研工作者提供一个系统的介绍。
光纤光学 长周期光纤光栅 模式耦合 模式转换 光纤传感器 光纤通信 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0900001
1 燕山大学信息科学与工程学院，河北 秦皇岛 066004
2 石家庄职业技术学院电气与电子工程系，河北 石家庄 050081
3 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室，河北 秦皇岛 066004
通过在高双折射微结构光纤包层构建缺陷并在其外侧空气孔镀金的方法，实现一种基于“耦合-耦合-吸收”滤波机理的新型单模单偏振微结构光纤（SMSP-MSF）。纤芯中需要滤除的偏振态模式能量通过“纤芯与缺陷芯耦合”和“缺陷芯与金缺陷耦合”两次耦合作用传递至镀金孔中，再利用金缺陷的等离子体共振效应对能量进行吸收，以实现宽带的单模单偏振传输。基于上述机理，利用全矢量有限元法，得到了两种宽带SMSP-MSF。所设计的正六边形晶格SMSP-MSF的纤芯x偏振模式与缺陷芯模式、金层二阶表面等离子极化激元模式在多个波长分别谐振，实现380 nm的单模单偏振传输带宽。所设计的正方形晶格SMSP-MSF利用纤芯及缺陷芯相互垂直的排布方式，保证了纤芯与缺陷芯x偏振模式耦合，而y偏振模式不耦合，在1.55 μm处实现了偏振消光比高达113 dB的高质量单模单偏振传输。
光纤光学 微结构光纤 单模单偏振 模式耦合 表面等离子体共振 偏振消光比
临沂大学 自动化与电气工程学院, 山东 临沂 276005
基于光纤光栅的模式耦合理论, 用传输矩阵法对长短周期级联光纤光栅的传输谱特性进行分析。先由耦合模方程分别得到长周期光纤光栅(LPFG)、连接光纤段和短周期光纤光栅 (FBG)的传输矩阵, 然后将它们相乘得到总的传输矩阵, 最后再结合边界条件求得长短周期级联光纤光栅(CLBG)的传输谱。进一步对CLBG的传输谱进行了数值模拟, 并通过实验进行了验证。实验结果表明, CLBG的传输谱中出现了由纤芯模和包层模耦合形成的两个谐振峰, 与模拟计算的结果一致, 证明了传输矩阵法求解CLBG传输谱的可行性, 为CLBG在多参量传感和测量领域的广泛应用提供了理论支持。
长短周期级联光纤光栅 模式耦合理论 传输矩阵法 传输谱 long- and short-period cascaded fiber grating coupled-mode theory transmission matrix method transmission spectrum
红外与激光工程
2022, 51(5): 20220335
1 江苏科技大学理学院, 江苏 镇江 212003
2 江苏金海创科技有限公司, 江苏 镇江 212132
光纤模式耦合器因其较宽的波长带宽、高效率的模式耦合成为全光纤超短脉冲涡旋光束产生的首选。首先研究了单模光纤、少模光纤以及空心光纤的矢量模式特性, 并分别设计了用于掺镱光纤激光器的单模-少模光纤(SMF-FMF)模式耦合器和单模-空心光纤(SMF-HCF)模式耦合器。然后, 采用数值仿真软件研究了模式耦合器的耦合特性, 分析纤芯间距与耦合效率的关系。仿真结果表明：SMF-FMF模式耦合器可以将LP01模式转化为LP11/LP21模, 且耦合效率大于96％; 而SMF-HCF模式耦合器可以将HE11转化为HE21/HE31模, 其耦合效率超过82%。SMF-FMF模式耦合器和SMF-HCF模式耦合器的设计为掺镱锁模光纤激光器获得大拓扑荷超短脉冲涡旋光束奠定了基础。
涡旋光束 光纤模式耦合器 少模光纤 空心光纤 vortex beam fiber mode coupler few mode fiber hollow core fiber
1 北京科技大学计算机与通信工程学院, 北京 100083
2 北京市融合网络与泛在业务工程技术研究中心, 北京 100083
为了降低相邻线偏振(LP)模式耦合导致的串扰,提出了一种沟槽和纳米孔辅助的双包层弱耦合少模光纤。首先,利用有限元方法分析了光纤参数对相邻LP模式间最小有效折射率差(Δneff)的影响。然后,对光纤进行优化,使光纤支持14个LP模式并满足弱耦合条件。最后,分析了光纤的弯曲损耗、有效模场面积、差分模式群时延。仿真结果表明,在纤芯中心位置添加半径为253 nm的纳米孔,可使C+L波段上所有LP模式间的最小Δneff大于6×10 -4;添加的沟槽辅助结构能使弯曲损耗从10 -3 dB/m降低到10 -5 dB/m,具有较好的抗弯曲性能。该光纤具有良好的传输性能,在短距离大容量模分复用系统中具有较大的应用潜力。
光纤光学 光纤通信 少模光纤 模式耦合 纳米孔辅助 光学学报
2021, 41(23): 2306003
临沂大学 自动化与电气工程学院, 山东 临沂 276005
基于光纤光栅的模式耦合理论, 采用严格的数学模型, 给出了三层介质长周期光纤光栅(LPFG)的纤芯模和包层模的本征方程, 分析了长周期光纤光栅中的纤芯模式和包层模式的有效折射率随外界环境折射率变化的情形, 以及外界环境折射率变化对长周期光纤光栅谐振波长的影响。通过在长周期光纤光栅外涂覆折射率对外界环境变化敏感响应的特定薄膜可以显著提高其传感测量的灵敏度。研究结果可为长周期光纤光栅传感器结构参数的优化设计和实际应用提供理论支持。
长周期光纤光栅 模式耦合理论 折射率模式响应 光纤光栅薄膜传感器 传感器灵敏度 long-period fiber grating coupled-mode theory refractive index mode response fiber grating film sensor sensor sensitivity
