江西理工大学 信息工程学院, 江西 赣州 341000
针对光纤包层管正曲率部分现有研究较少的情况, 提出一种基于包层管正曲率调控的新型太赫兹反谐振光纤。首先, 对比研究了圆形包层管与半圆半椭圆形包层管的太赫兹反谐振光纤的结构, 分析了正曲率对光纤限制损耗的影响及主要机理; 然后, 对太赫兹反谐振光纤的结构进行优化, 即在光纤间隙处采用了2层包层管结构; 最后, 对3种结构的光纤的限制损耗性能进行仿真计算, 并对新型太赫兹反谐振光纤的单模特性进行分析。仿真结果表明: 与其它结构的光纤相比, 新型太赫兹反谐振光纤的限制损耗为10-5 dB/m数量级, 且在2.5~3.1 THz波段保持良好的单模特性。
太赫兹波导 反谐振光纤 正曲率 限制损耗 Terahertz waveguide, anti-resonant fiber, positive
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
随着光纤通信技术的不断发展，基于轨道角动量（OAM）模式传输的空分复用技术引起了人们的广泛关注。本文提出了一种反谐振光纤（ARF），其结构主要分为三部分：内层高折射率紫水晶玻璃管作为环芯，其有效增大了纤芯与包层的折射率差，有利于OAM模式的稳定传输；中间层二氧化硅（SiO2）玻璃管起到调节色散的作用；外层负曲率管处于反谐振状态，进一步增强了对环芯光子能量的限制。该光纤可在1.5~1.7 μm波段内稳定传输130个OAM模式。基于矢量有限元法（FEM）对ARF进行建模仿真与分析，结果表明，最大有效折射率差为6.08×10-3，最小色散变化率仅为0.43 ps·nm-1·km-1，限制损耗（CL）维持在10-14~10-8dB/m量级之间且最高模式纯度达到99.26%，有效模场面积最大值为187.38 μm2，非线性系数最小值为0.87 W-1·km-1，数值孔径（NA）均大于0.064。此外，还分析了光纤制作误差对其性能的影响。本文所设计的支持OAM模式传输的ARF在长距离光纤通信、高速信息传输等领域具有广泛的应用前景。
轨道角动量 反谐振光纤 限制损耗 色散 光纤通信 光学学报
2023, 43(23): 2306006
设计了一种基于D形光子晶体光纤（PCF）的新型等离激元传感器，用于检测低折射率的微小变化，并通过有限元法（FEM）对其性能进行了数值分析。与传统D形PCF不同，本文提出在D形光纤截面处刻蚀C型凹槽通道，并涂覆Au层来激发等离激元。C形凹槽通道的设计可以增强纤芯的能量泄露以及光纤芯模和等离子体模的耦合强度。在Au层上方增覆一层TiO2介电层，可以增强对金属层的保护和提高传感器的灵敏度，将PCF表面等离谐振（PCF-SPR）传感器的工作波长范围扩展到红外区域，仿真结果得到的最大灵敏度为24236 nm/RIU。该传感器可以有效监测低折射率的微小变化，对于生物医学和有机检测及相关应用具有潜在的价值。
光纤光学与光通信 光子晶体光纤 等离激元 低折射率检测 高灵敏性 限制损耗 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0706006
合肥工业大学电子科学与应用物理学院光学工程系, 安徽 合肥 230601
设计了一种具有偏振滤波特性和保偏特性的空芯负曲率光纤 (HC-NCF), 并对其特性进行了分析。通过引入内包层管破坏常规 HC-NCF 的对称性, 使两个正交方向的基模和内包层玻璃管模式进行耦合, 从而增加两个偏振方向的折射率和损耗差异。进而对光纤双折射特性和损耗的影响因素进行分析, 包括内包层管的壁厚、内包层管的内直径和纤芯直径。结果表明, 当光纤纤芯直径和外包层管环内直径为 30 μm, 外包层和内包层管环壁厚分别为 1.116 μm 和 1.56 μm, 内包层管的内直径为 9 μm 时, 在 1.55 μm 波长处双折射达到 1.33×10-4，基模 x 偏振和 y 偏振方向的偏振消光比达到 4723 (36.7 dB)，并且偏振消光比大于 100 的带宽为 7 nm。 此外, 1.55 μm 波长处的最低损耗约为 0.03 dB/m。这种保偏 HC-NCF 可应用于对偏振敏感的光纤器件。
物理光学 负曲率光纤 双折射 限制损耗 偏振滤波 physical optics negative curvature fibers birefringence confinement loss polarization filter
1 长春大学 理学院，长春 130000
2 长春理工大学 材料科学与工程学院，长春 130000
非对称结构光子晶体光纤应用广泛。其良好的偏振特性、灵活的色散调控能力以及低限制损耗品质，对于优化与改善偏振光纤器件、非线性光学光纤、光通信光纤、光纤传感器等性能发挥着关键的作用。选用高折射率铋锗镓激光玻璃为材料，设计了八边形阵列、矩形晶格排列的光子晶体光纤，纤芯缺陷区包层及外包层均为圆形空气孔。模拟实验数据显示，结构参数为M=0.5，0.6时，在波长为1.55 μm处的双折射系数分别为1.16×10−2和1.33×10−2；在近红外波段短波区，矩形晶格结构光子晶体光纤的色散范围分别在±30 ps·nm−1·km−1之间及−18～32 ps·nm−1·km−1之间。色散斜率较低，曲线具有零色散点，展现了良好的连续谱调控能力；在1.00～1.90 μm波段内，当M=0.5，0.6时，光纤限制损耗稳定在10−7～10−9 dB·km−1之间；在1.55 μm处，限制损耗测量值分别为2.32×10−7和1.62×10−8 dB·km−1。
矩形晶格 铋锗镓激光玻璃 双折射 色散特性 限制损耗 rectangular lattice Bi-Ge-Ga laser glass double refraction chromatic dispersion limit loss 强激光与粒子束
2021, 33(10): 101002
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
湖北汽车工业学院 理学院, 湖北 十堰 442002
针对填充液体的光子晶体光纤温度传感器灵敏度较低的问题, 文章提出了一种基于模式耦合的高灵敏光子晶体光纤温度传感器, 光子晶体光纤的纤芯作为传光通道, 填充液态乙醇和氯仿的液芯作为耦合通道, 当纤芯与液芯发生模式耦合时, 纤芯的限制损耗谱会出现一个狭窄的损耗尖峰。损耗峰的位置随温度的变化而漂移。光子晶体光纤的纤芯和液芯相互独立, 可以分别调整其传输特性。利用有限差分算法对传感器的特性进行了仿真研究, 结果表明, 设计的光纤结构具有良好的温度传感特性, 耦合波长随温度升高而红移, 在10~35 ℃范围内, 温度检测灵敏度最高可达44.16 nm/℃, 光纤结构参数的变化对灵敏度影响较小。
光纤传感器 光子晶体光纤 温度传感器 模式耦合 限制损耗 fiber optics sensor photonic crystal fiber temperature sensor mode coupling confinement loss
为了获得高双折射低损耗的光子晶体光纤，设计了一种椭圆双芯，包层为三角晶格排列的光子晶体光纤。运用全矢量有限元法研究了光纤的空气.间距与双折射值、非线性特性、模场面积、限制损耗及色散的关 系。研究结果表明：在波长为 1.55 μm处，光纤基模的双折射值达 0.04343；X、Y偏振方向的非线性系数分别为 48.832 W 1kkm 1和 46.286 W 1kkm 1，同时，X方向的限制损耗低至 8.242×10 9 dB/km；在 0.85～ 1.8 μm波长范国内，色散都为正常负色散。
光子晶体光纤 有限元法 双折射 限制损耗 色散 photonic crystal fiber finite element birefringence confinement loss dispersion
1 The key laboratory for special fiber and fiber sensor of Hebei Province, Institute of information science and technology, Yanshan University, Qinhuangdao066004, China
2 School of Physics and Technology, University of Jinan, Jinan500, China
提出一种红外波段低损耗的空芯反谐振光纤，石英包层管为半圆半椭圆拼接结构，采用全矢量有限元法进行设计与研究。半椭圆管的半短长轴与半圆管的半径相等，将半圆管与半椭圆管进行拼接，改变半圆的半径以及半椭圆管的半长轴来改变靠近纤芯处的负曲率以及远离纤芯的正曲率，进而研究包层管的正负曲率对空芯反谐振光纤的损耗特性的影响，设计应用于1.5~3.0 μm波段的低损耗空芯反谐振光纤。结果显示负曲率较小正曲率较大时限制损耗效果更好。当靠近纤芯处为圆形半管远离纤芯处为椭圆半管，圆形半径ry=25 μm，椭圆的半长轴rx=65 μm，半短长轴ry=25 μm时，光纤最低限制损耗在波长2.1 μm处为8.22×10-2 dB/km。
红外波段 空芯反谐振光纤 负曲率 限制损耗 infrared band hollow-core anti-resonant fiber negative curvature confinement loss
