一种高双折射低损耗椭圆双芯光子晶体光纤的特性分析
发布时间：2021-07-17 15:32
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孔间距与双折射值、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1.55μm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-1·km-1和46.286 W-1·km-1,同时,X方向的限制损耗低至8.242×10-9d B/km;在0.85～1.8μm波长范围内,色散都为正常负色散。
【文章来源】：光通信技术. 2020,44(05)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
光子晶体光纤结构示意图
为了研究光纤空气孔间距对双折射特性的影响，本文设置包层圆形空气孔直径d=1.25μm，椭圆纤芯长轴b=1.2μm，短轴a=0.24μm，这3个值固定不变。空气孔间距Λ按照1.2672μm、1.28μm、1.2928μm和1.3056μm变化，通过式（3）计算，可以得到不同Λ下光纤的双折射值。其中在波长为1.55μm处，Λ=1.28μm时双折射值达到0.04343，比文献[14,15]提到的双折射值高。双折射值随空气孔间距Λ变化的曲线如图2所示。可以看出，在同一波长下，双折射值随着Λ的增大反而不断减小。这是因为随着Λ的增大，包层靠近纤芯的空气孔与纤芯模场之间的相互作用减弱，包层折射率与纤芯折射率的差值减小，因此双折射值减小。在0.85～1.8μm的扫描波长范围内，随着波长的增加，双折射值先增大后减小。这是因为在短波长区间，光子晶体光纤对光波有较强的限制作用，随着扫描波长逐渐增大到和纤芯尺寸差不多时，纤芯中的部分能量会泄露到包层中，因此双折射值逐渐减小。这种具有高双折射、结构简单的光纤对制作高保偏光学精密器件有着重要的意义。2.2 非线性特性
仿真参数设置不变，本文通过式（4）可以计算得到非线性系数，绘制X和Y偏振方向的非线性系数随空气孔间距Λ变化的曲线如图3所示。可以看出，非线性系数的值随Λ的增加而降低。另外，随着扫描波长的增大，非线性系数也是降低的。在波长为1.55μm处，Λ=1.28μm时，X和Y偏振方向的非线性系数分别为48.832 W-1·km-1和46.286 W-1·km-1。与普通光纤的非线性系数（2 W-1·km-1）相比，这种高非线性的光子晶体光纤在各种非线性效应的应用中更具有竞争力。2.3 模场特性
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高双折射双零色散的缺陷型光子晶体光纤[J]. 廖昆,廖健飞,李伯勋,王斌,许彪,谢应茂. 量子电子学报. 2019(01)
[2]超低损耗低非线性平坦色散光子晶体光纤优化设计[J]. 薛璐,张亚妮,朱雨雨,郗亚茹,许强,梅森,孔德鹏. 光子学报. 2018(11)
[3]温度可控极高负色散光子晶体光纤的研究[J]. 吴宵宵,张晓,范万德,李乙钢,曹学伟. 光子学报. 2018(05)
[4]一种大模场光子晶体光纤的传输特性分析[J]. 张晓娟. 西北大学学报(自然科学版). 2017(05)
[5]全固双层芯色散补偿光子晶体光纤的研究与设计[J]. 屈玉玮,张春兰,郭长江,张森,韩颖,赵兴涛,侯蓝田,王伟. 光子学报. 2017(07)
[6]一种高双折射高负平坦色散压缩型光子晶体光纤[J]. 武丽敏,宋朋,王静,张海鹍,周城,陈涛,张峰. 红外与激光工程. 2016(S1)
[7]椭圆高双折射光子晶体光纤的双折射及损耗研究[J]. 周铭皓,黄勇林. 光子学报. 2016(03)
[8]新型大模场光子晶体光纤传输系统及其传输特性分析[J]. 张银,陈明阳,张永康. 中国激光. 2012(12)
[9]短长度的双椭圆纤芯光子晶体光纤偏振分束器[J]. 李荣敏,曹晔,童峥嵘. 中国激光. 2012(10)
[10]光子晶体光纤色散极值特性的研究[J]. 关寿华,于清旭,郑建洲. 光学学报. 2012(08)
本文编号：3288447
【文章来源】：光通信技术. 2020,44(05)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
光子晶体光纤结构示意图
为了研究光纤空气孔间距对双折射特性的影响，本文设置包层圆形空气孔直径d=1.25μm，椭圆纤芯长轴b=1.2μm，短轴a=0.24μm，这3个值固定不变。空气孔间距Λ按照1.2672μm、1.28μm、1.2928μm和1.3056μm变化，通过式（3）计算，可以得到不同Λ下光纤的双折射值。其中在波长为1.55μm处，Λ=1.28μm时双折射值达到0.04343，比文献[14,15]提到的双折射值高。双折射值随空气孔间距Λ变化的曲线如图2所示。可以看出，在同一波长下，双折射值随着Λ的增大反而不断减小。这是因为随着Λ的增大，包层靠近纤芯的空气孔与纤芯模场之间的相互作用减弱，包层折射率与纤芯折射率的差值减小，因此双折射值减小。在0.85～1.8μm的扫描波长范围内，随着波长的增加，双折射值先增大后减小。这是因为在短波长区间，光子晶体光纤对光波有较强的限制作用，随着扫描波长逐渐增大到和纤芯尺寸差不多时，纤芯中的部分能量会泄露到包层中，因此双折射值逐渐减小。这种具有高双折射、结构简单的光纤对制作高保偏光学精密器件有着重要的意义。2.2 非线性特性
仿真参数设置不变，本文通过式（4）可以计算得到非线性系数，绘制X和Y偏振方向的非线性系数随空气孔间距Λ变化的曲线如图3所示。可以看出，非线性系数的值随Λ的增加而降低。另外，随着扫描波长的增大，非线性系数也是降低的。在波长为1.55μm处，Λ=1.28μm时，X和Y偏振方向的非线性系数分别为48.832 W-1·km-1和46.286 W-1·km-1。与普通光纤的非线性系数（2 W-1·km-1）相比，这种高非线性的光子晶体光纤在各种非线性效应的应用中更具有竞争力。2.3 模场特性
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高双折射双零色散的缺陷型光子晶体光纤[J]. 廖昆,廖健飞,李伯勋,王斌,许彪,谢应茂. 量子电子学报. 2019(01)
[2]超低损耗低非线性平坦色散光子晶体光纤优化设计[J]. 薛璐,张亚妮,朱雨雨,郗亚茹,许强,梅森,孔德鹏. 光子学报. 2018(11)
[3]温度可控极高负色散光子晶体光纤的研究[J]. 吴宵宵,张晓,范万德,李乙钢,曹学伟. 光子学报. 2018(05)
[4]一种大模场光子晶体光纤的传输特性分析[J]. 张晓娟. 西北大学学报(自然科学版). 2017(05)
[5]全固双层芯色散补偿光子晶体光纤的研究与设计[J]. 屈玉玮,张春兰,郭长江,张森,韩颖,赵兴涛,侯蓝田,王伟. 光子学报. 2017(07)
[6]一种高双折射高负平坦色散压缩型光子晶体光纤[J]. 武丽敏,宋朋,王静,张海鹍,周城,陈涛,张峰. 红外与激光工程. 2016(S1)
[7]椭圆高双折射光子晶体光纤的双折射及损耗研究[J]. 周铭皓,黄勇林. 光子学报. 2016(03)
[8]新型大模场光子晶体光纤传输系统及其传输特性分析[J]. 张银,陈明阳,张永康. 中国激光. 2012(12)
[9]短长度的双椭圆纤芯光子晶体光纤偏振分束器[J]. 李荣敏,曹晔,童峥嵘. 中国激光. 2012(10)
[10]光子晶体光纤色散极值特性的研究[J]. 关寿华,于清旭,郑建洲. 光学学报. 2012(08)
本文编号：3288447
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