1.15-1.35μm具有平坦色散的PBG光子晶体光纤的设计

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光子晶体光纤的特性及应用

光子晶体光纤的特性及应用作者：牛静霞李静来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2011年第08期摘要：光子晶体光纤由于独特的导光原理和灵活的结构设计，性能明显能优于传统光纤，在光通信和激光技术等领域具有非常广阔的应用空间。

文章介绍了光子晶体光纤的导光原理，研究了其主要特性，并分析了其在波分复用器、光纤激光器、光纤放大器及光耦合器件等方面的应用。

关键词：光子晶体光纤特性光器件0 引言光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber，PCF)是光纤技术发展的主要方向，对于大容量光纤通信和高功率光纤激光器的研究开发具有重要意义。

光子晶体光纤又称为多孔光纤(Holey Fiber，HF)或微结构光纤(Micro-Structured Fiber，MSF)，它是在石英光纤的包层中沿轴向均匀地排列空气孔，并在纤芯端面存在一个破坏了周期性结构的缺陷所构成，从而使入射光能被控制在光纤纤芯中传输。

光子晶体光纤由于包层中的二维光子晶体结构，可以作为更加优异的光传输介质，在新一代光纤通信系统和激光技术等重要领域具有极其广阔的应用范围。

1 光子晶体光纤的导光原理光子晶体光纤的概念基于光子晶体，按其传导机制可分为带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)和折射率引导型光子晶体光纤(TIR-PCF)两类。

带隙型光子晶体光纤是一种具有石英-空气光子晶体包层的空芯石英光纤，其包层横截面的折射率具有规则的周期分布，通过包层光子晶体的布拉格衍射来限制光在纤芯中传播的。

在满足布拉格条件时出现光子带隙，对应波长的光不能在包层中传播，而只能限制在纤芯中传播，见图1（a）。

折射率引导型光子晶体光纤的导光机制与传统光纤类似，包层由石英-空气周期介质构成，中心为SiO2构成的实芯缺陷。

由于纤芯折射率高于包层平均折射率，光波在纤芯中依靠全内反射传播。

由于包层含有气孔，与传统光纤的实芯熔融硅包层不同，因而这种导光机制叫做改进的全内反射，见图1（b）。

1_55μm处具有宽带平坦色散的光子晶体光纤设计(王子涵王清月栗岩峰胡明列,光电子.激光, 2005年 05期)

;
p′l (γa)
=
P′l (γa) ua Pl (γa)
;
Pl (γa) = J 1 (γa) Y l (γR ) - Y l (γa) J 1 (γR ) 。与文献
p′l (γa)
=-
1 2
其中
1+
nair 2 nsilica
i′l (κa) -
1 2
R =4
1 γa
2
+
1 κa
2
1 γa
(Ult rafast Laser Labo ratory ,College of Precision Inst rument and Optoelect ronics Engineering , Tianjin U2 niversity , Key Labo ratory of Opto2elect ronics Info rmation and Technical Science ,CM E , Tianjin 300072 , China)
胞上的横向和纵向对称轴的交点。文献 [ 7 ]中指出 ,
因为在波长无限大时基模应趋于均匀的平面波解 ,而
P 点的 2 个对称轴在旋转 90°后不等价 , 所以在柱坐标系 (ρ,φ, z) 下 , P 点 (ρ= R) 的电磁场应满足的理想
电导和理想磁导边界条件为
Ez ρ= R = 0 , Hz ρ= R = 0
(天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室 ,光电信息技术科学教育部重点实验室 ,天津 300072)
摘要 :从光子晶体光纤 ( PCF) 的包层基模理论出发 ,采用全矢量有效折射率方法对在光纤通信窗口 1. 55 μm 附近具有宽带平坦色散特性的 PCF 进行了数值模拟。将 PCF 的总色散分为材料色散和波导色散 2 部分进行计算 ,并利用波导色散的归一化性质即可设计在 1. 55 μm 波段具有 ×102 甚至数 ×102 nm 带宽的宽带平坦正常、反常或零色散特性的 PCF 。关键词 :光子晶体光纤 ( PCF) ; 基模 ; 有效折射率方法 ; 平坦色散 ; 归一化色散 ; 光通信中图分类号 : TN253 文献标识码 :A 文章编号 :100520086 (2005) 0520629205

光子晶体光纤特性及应用

光子晶体光纤特性及应用【摘要】光子晶体光纤以其特殊的传输机理和优异的性能，其应用领域正不断扩大，本文介绍了光子晶体光纤的概念、原理和分类，说明两种光子晶体光纤的结构，并讨论了光子晶体光纤的特性及相应的应用。

【关键词】光子晶体光纤；微结构光纤；光子带隙1 概述光子晶体可以认为是一种由折射率周期性变化而产生光子能带和带隙的物质。

频率处于禁带范围内的光子不能在这种物质中传播，如在光子晶体中引入缺陷以破坏其周期性结构时，光子带隙就会形成具有一定频带宽度的缺陷区，与其对于的特定频率的光波可以在其中传播。

这就是光子晶体概念的来源。

光子晶体光纤又称为微结构光纤是一种二维光子晶体，通常的结构为光纤的横截面内存在着很多按一定规律周期性排列的空气孔，这些孔的尺寸和光波的波长相当。

如在周期性的结构中引入线缺陷，如改变孔径的大小，或以玻璃代替空气孔，便形成了光子晶体光纤结构，光可以沿着缺陷在光纤中传输。

缺陷构成光子晶体光纤的纤芯，缺陷外的周期性结构便是光子晶体光纤的包层，光在缺陷内传播。

光子晶体光纤是具有空洞的微列阵结构的光纤，被称为多孔光纤或微结构光纤。

光子晶体光纤有很多奇特的性质。

例如，可以在很宽的带宽范围内只支持一个模式传输；包层区气孔的排列方式能够极大地影响模式性质；排列不对称的气孔也可以产生很大的双折射效应。

2 光子晶体光纤的结构根据传光机制，光子晶体光纤可以分为两大类，全反射型光子晶体光纤和光子带隙型光子晶体光纤。

2.1全反射型光子晶体光纤的结构。

全反射型光子晶体光纤和传统光纤的传光原理相似，利用光纤内部全反射（TIR）原理，使被传送的光能量在高折射率实体的“芯”中传播，周围规则排列的微结构做为低折射率的光学皮层，如图1和图2所示。

2.2光子带隙型光子晶体光纤结构。

这种类型的光纤不是光的全反射原理，而是利用光子晶体的光子带隙效应（PBG），被传送的光被光子带隙限定在“芯”中，沿微结构方向传输。

如图3和图4所示，光子带隙型光子晶体光纤的结构，中间空的部分是“芯”，周围规则排列的微结构区域是光纤的包层。

光子带隙结构

光子带隙结构
光子带隙(photonic Bandgap-PBG)结构，又称为光子晶体(photonic Crystal)，它是一种介质材料在另一种介质材料中周期分布所组成的周期结构。

尽管光子带隙最初应用于光学领域，然而由于其禁带特性，近年来在微波和毫米波领域也获得极大关注。

在光子带隙结构中,电磁波经周期性介质散射后,某些波段电磁波强度会因干涉而呈指数衰减,无法在该结构中传播,于是在频谱上形成带隙。

PBG结构的这种特性，在天线领域和微波电路中都有着巨大的应用价值。

时域有限差分(FDTD方法是分析PBG结构一种非常有效的数值计算方法。

然而，由于微波光子晶体结构的精细，网格量必须很大，内存容量就成为计算中的瓶颈。

此外当PBG结构为圆环形时，一般的阶梯近似不足以满足计算精度。

针对以上两个问题，本文采用本课题组带有共形网格建模的MPI并行FDTD程序对圆环形PBG 结构进行了分析。

讨论了单元数目，单元间距，圆孔内径和导带宽度对S参数的影响，最后设计了一种宽禁带圆环形PBG结构。

小芯径折射率引导型光子晶体光纤的制备和研究

第35卷第9期2008年9月中国激光CHIN ESE JOU RNA L OF LA SERSVo l.35,N o.9September,2008文章编号:0258 7025(2008)09 135005小芯径折射率引导型光子晶体光纤的制备和研究孟佳侯蓝田周桂耀高飞米艳(燕山大学信息科学与工程学院,燕山大学红外光纤与传感研究所,河北秦皇岛066004)摘要介绍一种小芯径折射率引导型光子晶体光纤(P CF)的拉制方法。

制备出的光纤纤芯周围第一层空气孔发生形变,呈柚子形,其芯径为1.7 m,孔间距和空气孔直径d 分别为3.4 m 和2.8 m 。

由于光纤结构的特殊性,采用有限元法在200~1600nm 波段对其基模有效折射率、色散系数、有效模场面积以及非线性系数进行了数值模拟计算。

经过理论计算,这种光纤在所研究的波段具有极高的非线性系数且表现为反常色散,这些特性十分有利于超连续谱的产生。

在测量了光纤的损耗、色散等基本特性后,选取损耗较小且位于光纤反常色散区域,中心波长为800nm 的飞秒激光作为光源,将不同功率的超短激光脉冲耦合入光纤,对这种小芯径折射率引导型光子晶体光纤产生超连续谱的过程进行了测量和分析。

关键词光纤光学;光子晶体光纤;非线性;色散;超连续谱;有限元法中图分类号 T N 253 文献标识码 A doi:10.3788/CJL 20083509.1350Fabrication and Study on the Small Core Index Guiding Photonic Crystal FiberM eng Jia Hou Lant ian Zhou Guiyao Gao Fei M i Yan(Colleg e of I nf or mation Science and Engineer ing ,I nstitute of I nf r ared Op tical Fibers and Sens or s ,Yans han Univ er s ity ,Qinhuangdao,H ebei 066004,China)Abstract A w ay of fabr icating a small co re index g uiding photo nic cr ystal fiber (PCF)is intro duced.T he first ringof the air ho les aro und the core is deformed,the shape of which is similar to the gr apefr uit,and the diamet er of the co re is 1.7 m;the pitch and diameter of the air hole ar e 3.4 m and 2.8 m,r espectively.Because o f the special st ructur e o f t he fiber,the effective r efractiv e indices,disper sion co ef ficient s o f the fundamental modes,effectiv e areas and nonlinear co eff icient s o f the fiber are ca lculated by finite element method f rom 200nm to 1600nm.T he results show that,in this w aveleng th r ang e,the nonlinear co eff icient s of this fiber are ex tr emely hig h and disper sion co efficients a re po sitiv e.T hese char acteristics ar e o f benefit to the supercontinuum g ener ating.A fter measur ing the dispersio n and lo ss pro per ties o f the fiber ,the laser operating wav elength in 800nm is chosen t o be the light source because the lo ss in this wav elength is lower and the central wav elength of the pulse is in t he r ang e of abno rmal dispersio n.T he femtosecond pulses w ith different po wer s ar e coupled into this small co re index g uiding phot onic cr ystal fiber.T he supercontinuum g ener ating in the fiber is detected and analyzed.Key words fiber o pt ics;pho tonic cry st al fiber;nonlinear ity;disper sion;super co nt inuum;finite element metho d收稿日期:2007 12 06;收到修改稿日期:2008 01 17基金项目:国家973计划(2003BC314905)和国家863计划(2003A A 311010)资助项目。

光子晶体简介及应用

光子晶体及其应用的研究(程立锋物理电子学)摘要：光子晶体(PbmDftic Crystal)是一种新型的人工材料，其最显著的特点就是具有光子禁带(Photonic B锄d．G￡lp，简称PBG)，频率落在光子禁带内的电磁波是禁止传播的，因而具有光子带隙的周期性奔电结构就称为光子晶体。

近几年，光子晶体被广泛地应用于微波、毫米波的电路设计中。

的滤波特性，加以优化，则可以实现带通滤波器。

迄今为止，已有多种基于光子晶体的全新光子学器件被相继提出，包括无阈值的激光器，无损耗的反射镜和弯曲光路，高品质因子的光学微腔，低驱动能量的非线性开关和放大器，波长分辨率极高而体积极小的超棱镜，具有色散补偿作用的光子晶体光纤，以及提高效率的发光二极管等。

光子晶体的出现使光子晶体信息处理技术的"全光子化"和光子技术的微型化与集成化成为可能，它可能在未来导致信息技术的一次革命，其影响可能与当年半导体技术相提并论。

关键词：光子晶体；算法；应用；1光子晶体简介在过去的半个世纪里，随着人们对电子在物质尤其是半导体中运动规律的研究，使得对电子控制能力的增加，从而产生了各种微电子器件以及大规模的集成电路。

推动了电子工业和现代信息产业的迅猛发展，半导体技术在人们生活中扮演着越来越重要的角色。

半导体的工作载体是电子，因此半导体的研究围绕着怎样利用和控制电子的特性。

但近年来，电子器件的进一步小型化以及在减小能耗下提高运行速度变得越来越困难。

人们感到了电子产业发展的极限，转而把目光投向了光子。

与电子相比，以光子作为信息和能量的载体具有优越性。

光子是以光速运动的微观粒子，速度快；它的静止质量为零，彼此间不存在相互作用，即使光线交汇时也不存在相互干扰：它还有电子所不具备的频率和偏振等特征。

电子能带和能隙结构是电子作为一种波的形式在凝聚态物质中传播的结构，而光子和电子一样具有波动性，那么是否存在这样一种材料，光子作为一种波的形式在其中传播也会产生光子能带和带隙。

光子晶体光纤概述

光子晶体光纤概述光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber，简称PCF）是一种基于光子晶体的特殊光纤，其内部结构通过周期性排列的微结构孔道以控制和引导光信号的传播。

相比于传统的光纤，光子晶体光纤具有许多优异的特点和应用前景。

本文将对光子晶体光纤的概述进行详细介绍。

首先，光子晶体光纤的设计和制备基于光子晶体的结构和性质。

光子晶体是一种具有周期性折射率变化的人工材料，类似于原子晶体中的周期性晶格。

光子晶体具有禁带结构，使得特定波长的光在其中无法传播，从而实现对光信号的控制。

光子晶体光纤则是利用光子晶体的这种特性进行光信号的传输和处理。

在光子晶体光纤中，光信号通过微结构孔道进行传输。

这些孔道可以是气体孔道、空气孔道或者填充了特定介质的孔道，根据不同的应用需求进行设计。

利用光子晶体的禁带结构特性，光子晶体光纤可以实现多种传输方式，如单模传输、多模传输、混合模传输和超模传输等，以及特定波长的滤波和调制功能。

光子晶体光纤相比传统光纤具有许多优势。

首先，光子晶体光纤具有更低的色散特性，能够实现更宽的光带宽和更高的传输速率。

其次，光子晶体光纤具有更高的非线性效应，可用于光学信号处理和光学器件制备。

此外，光子晶体光纤还具有更大的模场面积，可以实现更高的光功率传输和更低的光损耗。

光子晶体光纤在通信、光子学和生物医学等领域拥有广泛的应用前景。

在通信领域，光子晶体光纤可以用于高速宽带传输、红外光通信和光信号调制等应用。

在光子学领域，光子晶体光纤可以用于激光增强、光谱分析和光学传感等应用。

在生物医学领域，光子晶体光纤可以用于激光手术、光学成像和生物传感等应用。

然而，光子晶体光纤的制备和应用仍然面临许多挑战。

目前，光子晶体光纤的制备技术相对复杂，需要高精度的光学和材料工艺。

此外，光子晶体光纤的设计和理论研究也仍处于初级阶段，需要进一步探索和发展。

总之，光子晶体光纤作为一种新型的光纤材料，具有许多独特的特点和应用前景。

光子晶体光纤带隙特性的研究的开题报告

光子晶体光纤带隙特性的研究的开题报告标题：光子晶体光纤带隙特性的研究引言：随着光通信技术的发展，光纤作为一种光传输媒介，已成为光通信中非常重要的组成部分。

传统的光纤是由玻璃等材料制成的，其传输性质受材料的制备工艺和物理性质的限制。

光子晶体光纤(PBG)由于其高度规则的空间周期结构，可以通过调控其结构来实现对光的传输性质的控制，具有优良的性能表现。

此外，光子晶体光纤还可以在某些波长范围内显示不传输光的现象，这一现象被称为带隙。

项目背景：PBG光纤的带隙具有较宽的波长范围和较高的衰减，有望被广泛应用于光通信领域。

因此，研究PBG光纤的带隙特性具有非常重要的理论和实际价值。

在此背景下，本研究将重点探讨PBG光纤带隙特性的研究，以及其在光通信领域的应用。

研究目的：本研究旨在通过实验和模拟分析，探讨PBG光纤带隙特性的特点、影响因素及其应用。

具体来说，本研究将探究以下问题：1、PBG光纤带隙的形成机制和基础理论；2、PBG光纤带隙大小和位置对其传输特性的影响，以及如何优化带隙大小和位置；3、PBG光纤带隙对光信号传输的影响及其在光通信领域中的应用。

研究内容：1、提出适合PBG光纤带隙研究的光源和光谱仪系统，测量并分析PBG光纤的透过谱，准确测定其带隙尺寸、位置、衰减和宽度。

2、通过数值模拟和实验，探究PBG光纤带隙大小和位置对传输特性的影响，以及如何优化带隙大小和位置。

3、研究PBG光纤带隙对光信号传输的影响，并探讨其在光通信领域中的应用。

研究方法：1、利用光源和光谱仪对PBG光纤的透过谱进行测量及分析实验，得到PBG光纤的带隙尺寸、位置、衰减和宽度等参数；2、利用数值模拟软件，模拟不同参数下PBG光纤的带隙特性，分析PBG光纤带隙大小和位置对传输特性的影响；3、利用实验测量或数值模拟等方法，探讨PBG光纤带隙对光信号传输的影响，并在此基础上研究其在光通信应用中的价值。

研究意义：通过本研究，可以对PBG光纤的带隙特性有更深入的了解，为制备高性能的PBG光纤提供理论依据和实验设计基础。

光子晶体简介

光子晶体:光子晶体是指具有光子带隙（PhotonicBand-Gap,简称为PBG）特性的人造周期性电介质结构，有时也称为PBG光子晶体结构。

简介：光子晶体（Photonic Crystal）是在1987年由S.John和E.Yablonovitch分别独立提出，是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。

光子晶体即光子禁带材料，从材料结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。

与半导体晶格对电子波函数的调制相类似，光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波---当电磁波在光子带隙材料中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，电磁波能量形成能带结构。

能带与能带之间出现带隙，即光子带隙。

所具能量处在光子带隙内的光子，不能进入该晶体。

光子晶体和半导体在基本模型和研究思路上有许多相似之处，原则上人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件，达到控制光子运动的目的。

光子晶体(又称光子禁带材料)的出现，使人们操纵和控制光子的梦想成为可能。

（应用）简单地说，光子晶体具有波长选择的功能，可以有选择地使某个波段的光通过而阻止其它波长的光通过其中。

背景：微波波段的带隙常称为电磁带隙（ElectromagneticBand-Gap,简称为EBG），光子晶体的引入为微波领域提供了新的研究方向。

光子晶体完全依靠自身结构就可实现带阻滤波，且结构比较简单，在微波电路、微波天线等方面均具有广阔的应用前景。

国外在这一方面的研究已经取得了很多成果，而国内的研究才刚刚起步，所以从事光子晶体的研究具有重要的意义。

（研究现状）光子晶体是指具有光子带隙（Photonic Band-Gap,简称为PBG）特性的人造周期性电介质结构，有时也称为PBG结构。

所谓的光子带隙是指某一频率范围的波不能在此周期性结构中传播，即这种结构本身存在“禁带”。

这一概念最初是在光学领域提出的，现在它的研究范围已扩展到微波与声波波段。

平坦色散低限制损耗光子晶体光纤的设计

平坦色散低限制损耗光子晶体光纤的设计姜凌红;侯蓝田;邹金红;侯宇【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2011(35)1【摘要】为了得到一种新的具有低限制损耗和平坦色散的光子晶体光纤,设计了具有6层空气孔的正八边形结构,将包层分布为3种不同空气孔直径d1,d2,d3,采用多极法数值模拟了这些结构参量对其色散特性和限制损耗的影响.得列在1.3μm～1.72μm波长范围内,光纤的色散系数介于-0.1ps/(km·nm)～0.58ps/(km·nm)之间,在波长1.55μm处的限制损耗达到了 0.16dB/km的平坦色散低限制损耗光子晶体光纤.结果表明,特殊的八边彤结构比较适合用于平坦色散低限制损耗光子晶体光纤的研究.这一结果对于光子品体光纤在光通信的应用是有帮助的.%In order to obtain a new flat dispersion photonic crystal fiber with Iow confinement loss, six octagonal rings of air holes in different diameters of d1, d2 and d3 were designed in the cladding of the fiber.Effect of the structure parameters on the dispersion and confinement loss was simulated by means of multi-pole method.The results show that the dispersion is among - 0.1 ps/( km · nm ) ～0.58 ps/( km · nm) in the wa velength range of 1.3μm to 1.72μm.The confinement loss is 0.16dB/km at 1.55μm.So the special octagonal structure is more suitable for photonic crystal fibers with flat dispersion and low confinement loss.The results are useful for application of photonic crystal fibers in the optical communication.【总页数】4页(P61-64)【作者】姜凌红;侯蓝田;邹金红;侯宇【作者单位】燕山大学,红外光纤与传感研究所,秦皇岛,066004;燕山大学,红外光纤与传感研究所,秦皇岛,066004;燕山大学,红外光纤与传感研究所,秦皇岛,066004;燕山大学,红外光纤与传感研究所,秦皇岛,066004【正文语种】中文【中图分类】TN929.11【相关文献】1.一种高双折射低限制性损耗光子晶体光纤设计 [J], 赵丽娟;梁若愚;赵海英;徐志钮2.大负色散低限制损耗光子晶体光纤的特性研究 [J], 刘兆伦;赵国生;王伟;侯蓝田;赵兴涛3.三种低损耗低平坦色散光子晶体光纤的设计 [J], 苑金辉;侯蓝田;魏东宾;王海云;孟佳4.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5.低损耗近零超平坦色散光子晶体光纤的设计 [J], 杜海龙;丁春峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

色散平坦的HIC Bragg光纤传输特性研究

d o i :10.13756/j .g t x y j.2018.04.006光纤光缆技术与应用色散平坦的H I CB r a g g 光纤传输特性研究覃瑶1,郑加金1,2,雷雯婕1,韦玮1(1.南京邮电大学电子与光学工程学院㊁微电子学院,南京 210023;2.中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,西安 710119)摘要:布拉格(B r a g g)光纤是一种由空气孔芯和高低折射率介质层交替周期性排列的包层两部分构成的一维光子晶体光纤㊂文章以碲酸盐玻璃为基质,设计了一种高折射率实芯B r a g g 光纤,并采用传输矩阵法和B l o c h 理论数值研究了其传输特性,获得了实芯B r a g g 光纤的结构参数与其模场分布㊁色散特性等传输特性之间的关系㊂仿真实验结果表明,当B r a g g 光纤的填充率d /Λ为0.15㊁半径R 为5μm ㊁折射率差Δn 为0.02㊁周期Λ为1.2μm 和包层为3个周期时,B r a g g 光纤在1064n m 零色散波长附近具有最平坦的色散特性,同时还具有非常低的传输损耗,损耗值为0.775d B /m ㊂关键词:高折射率实芯;B r a g g 光纤;传输矩阵;传输特性;色散平坦中图分类号:T N 818 文献标志码:A 文章编号:1005-8788(2018)04-0022-04N u m e r i c a l S t u d y ofT r a n s m i s s i o nC h a r a c t e r i s t i c s o nD i s p e r s i o n -F l a t t e n e dH I CB r a g g Fi b e r s Q I NY a o 1,Z H E N GJ i a -j i n 1,2,L E IW e n -ji e 1,W E IW e i 1(1.C o l l e g e o fE l e c t r o n i c a n dO p t i c a l E n g i n e e r i n g &C o l l e g e o fM i c r o e l e c t r o n i c s ,N a n j i n g U n i v e r s i t y ofP o s t s &T e l e c o mm u n i c a t i o n s ,N a n j i n g 210023,C h i n a ; 2.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fT r a n s i e n tO p t i c s a n dP h o t o n i c s ,X i a n I n s t i t u t e o fO pt i c s a n dP r e c i s i o n M e c h a n i c s o fC A S ,X i a n710119,C h i n a )A b s t r a c t :T h e t e l l u r i t eH i g h -I n d e x -C o r e (H I C )B r a g g f i b e r sh a v e b e e n r e g a r d e d a s a n e wt y p e o f p h o t o n i c c r y s t a l f i b e r ,w h i c h c o n f i n e t h em o d e s i n t h e c o r e t h r o u g ht o t a l r e f l e c t i o na n dP h o t o n i cB a n d g a p (P B G ).T h e t r a n s m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so fH I C B r a g g f i b e r h a v eb e e na n a l y z e du s i n g t h e t r a n s f e rm a t r i xa n dB l o c ht h e o r y m e t h o d s .W ed e s i g n t h eH I CB r a g g fi b e rw i t h f l a t c h r o m a t i cd i s p e r s i o na n d l o wl o s so f 0.775d B /mo n t h e 1064n m.I t i sn u m e r i c a l l y s h o w n t h a t f l a t c h r o m a t i cd i s pe r s i o nof H I CB r ag g f i b e r c a nb e g e n e r a t e da t th e c o n di t i o n s o f t h e f i l l i n g r a t i o o f d /Λ=0.15,t h e c o r e r a d i u s o f R =5μm ,r e f r a c t i v e -i n d e xc o n t r a s t o f Δn =0.02,t h e r a d i a lm u l t i l a y e r p e r i o d o f Λ=1.2μma n d t h e c l a d d i n g l a y e r s o f N =6.T h e z e r o d i s pe r s i o n po i n t i s a l s o l o c a t e da t 1064n m.K e y wo r d s :H I C ;B r a g g f i b e r ;t r a n s f e rm a t r i x ;t r a n s m i s s i o n c h a r a c t e r i s t i c s ;f l a t c h r o m a t i c d i s p e r s i o n 0 引言布拉格(B r a g g)光纤是一种基于光子带隙机理导光的新型一维光子晶体光纤,其由空气孔纤芯和高低折射率介质层交替周期性排列的包层区两部分组成[1]㊂B r a g g 光纤不仅具有非常低的传输损耗,还具有结构参数易于调节等优点[2]㊂B r a g g 光纤作为研究热点,其应用范围正向通信㊁医学和传感等多个领域扩展㊂近年来,国内外研究者不再局限于空芯B r a g g 光纤结构,高折射率实芯(H i g h -I n d e x -C o r e ,H I C )B r a g g 光纤结构[3]也被提出㊂H I CB r a g g 光纤在中红外波长附近具有很好的色散平坦特性以及极高的非线性系数,可以作为产生光谱平坦的超连续谱的一种新结构光纤[4]㊂国外研究者M o n s o r i u 等人对H I C B r a g g 光纤在1550n m 窗口处的波导色散特性进行了研究,实现了很好的色散补偿[5]㊂而国内任国斌等人设计了800n m 附近色散平坦的B r a g g 光纤[6]㊂鉴于对其他非石英材料的实芯B r a g g 光纤及其在1064n m 波长附近传输特性的研究尚未见报道,本文选择一种具有高线性折射率和非线性效应的碲酸盐玻璃[7]为基质设计了一种实芯B r a g g 光纤,利用传输矩阵法和B l o c h 理论研究了该光纤在1064n m 处的传输特性和色散特性,并用C o m s o l 软件数值研究了光纤的结构参数与其传输特性之间的关系,获得一种在1064n m 零色散波长附近具有超平坦色散特性的B r a g g 光纤结构,有望为研究中红外超连续光谱输出提供一种新型光纤介质㊂收稿日期:2017-12-13基金项目:南京邮电大学国家自然科学孵化基金资助项目(N Y 215143);中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室开放基金资助项目(S K L S T 201606)作者简介:覃瑶(1993-),女,湖南怀化人㊂硕士,主要研究方向为光纤通信技术㊂通信作者:郑加金,副教授㊂E -m a i l :z h e n g j j @n j u pt .e d u .c n 222018年第4期总第208期光通信研究S T U D Y O N O P T I C A LC OMMU N I C A T I O N S2018.08(S u m.N o .208)1 结构模型与理论研究本文设计的实芯B r a g g 光纤的纤芯为高折射率介质,包层为低折射率材料,两种高低折射率材料在径向上呈周期性交替分布,其结构如图1所示,B r a g g 光纤纤芯半径为R ,芯包层两种材料折射率分别为n 1和n 2,构建一维光子晶体包层周期为Λ,低折射率部分厚度为d ㊂n 1dR撰n 2折射率（a ）横向结构示意图（b ）折射率径向分布径向距离图1 B r a g g 光纤结构示意图根据传输矩阵法可以计算多种层状结构下的光纤模场㊂由麦克斯韦方程出发,求出电场和磁场的纵向分量表达式,再利用边界连续条件,得到描述界面两侧场分量系数之间关系的矩阵方程[8]㊂B l o c h 理论用于分析周期性层状平板介质中电磁场的传输,由于周期性层状结构具有一维周期性结构,且具有在传输中的不变性,用传输矩阵法推导出A ㊁B ㊁C 和D 传输矩阵即相当于一个周期性单元的传输算子[9]㊂为了分析实芯B r a g g 光纤的模场分布,由传输算子可以得到,在具有一维周期性结构的光波导介质中传输的波可以表示为E k (x ,z )=E k (x )e i k x e i βz ,式中:E k (x )为x 方向的电磁场分量,满足周期性条件E k (x +Λ)=E k (x );下标k 为B l o c h 常数,B l o c h 常数可以解释新型一维周期性结构光子晶体光纤的带隙导光结构㊂k 值可以表示为传播常数β和角频率ω的函数k (β,ω)=(1/Λ)c o s -1[(A +D )/2],(1)式中:Λ为周期性平板介质一个周期带宽度;A 和D 为与光纤结构有关的参数㊂k 取实数时,对应区域为|(A +D )/2|<1,可以传输B l o c h 波;而当k =m π/Λ+i k i ,m 为常整数,即k 为虚数时,|(A +D )/2|>1,B l o c h 波是瞬时波,不能在周期性介质中传播,衰减较快且会产生禁带,边界为|(A +D )/2|=1㊂利用C o m s o l 软件仿真实芯B r a g g 光纤在1064n m 处的模场分布,可直接得到在纤芯中传输的模式的有效折射率,进而分析实芯B r a g g 光纤的传输损耗(单位:d B /m )[10]㊂根据有效折射率的虚部可计算传输损耗,表达式为L c =2πˑ8.686ˑI m (n e f f )/λ,(2)式中:c 为真空中的光速;λ为在光纤中传输的波长;n e f f 为光纤中基模的有效折射率㊂根据有效折射率的实部可以求得实芯B r a g g 光纤的色散系数[11]:D =d τd λ=-λc d 2n e f fd λ2,(3)式中,τ为光源的均方根谱宽㊂色散系数D 等于谱宽对波长的导数,代表光纤中单位谱宽所引起的脉冲展宽值㊂光纤的总色散包含了材料色散与波导色散,其中,材料色散与材料折射率对波长的二阶导数成正比,由于不同结构参量的B r a g g 光纤材料均为碲酸盐材料,材料色散相同,因此只需要研究波导色散的变化㊂由于传输矩阵中每个元素均为光纤结构参量的函数,因此波导色散可以写成关于实芯B r a g g 光纤结构参数的函数:D W =(λ;R ,Λ,d /Λ,Δn ,N ),式中:R 为纤芯半径;Λ为包层周期;d /Λ为光纤包层的填充率;Δn 为包层两层材料的折射率差;N 为B r a g g 光纤的包层数㊂2 计算结果和讨论2.1 实芯B r a g g 光纤模场分布与传输损耗图2所示为波长为1064n m ㊁纤芯半径R 为-15-10-5051015-12-10-8-6-4-2024681012-12-10-8-6-4-2024681012-15-10-5051015（a ）基模HE 11模场强度分布（b ）二阶模TE 01模场强度分布0.78245200150100501601401201008060402017315图2 B r a g g 光纤模场分布图32覃瑶等: 色散平坦的H I CB r a g g 光纤传输特性研究5μm㊁包层填充率d/Λ为0.14㊁纤芯折射率为2.04㊁包层高低折射率层的折射率分别为2.04与2.02㊁周期Λ为1.2μm和包层为6层即3个周期时的基模H E11与二阶模T E01的传输模场分布图㊂由图2(a)可知,由于纤芯为高折射率材料,包层中存在低折射率层,纤芯与包层形成较大的折射率差,模场能很好地被限制在纤芯内部传输㊂由图2(b)可知,模场的极小值出现在中心位置,模场的能量在纤芯中呈圆对称均匀分布㊂根据式(1)可以计算出传播常数,得到此结构下的模式禁带范围为2.0385~2.0399,有效折射率在此范围内的模式均能在纤芯中传播㊂由于H I CB r a g g光纤不是在空气芯中传输光波,因此损耗特性在其传输特性中也需要考虑,且损耗越低越好[11]㊂当波长为1064n m时,基模H E11的有效折射率为n e f f=2.0388+1.51235E-19,由式(2)计算可得H I C B r a g g光纤的传输损耗L c= 0.775d B/m,表明其传输损耗也非常低㊂通过设计一维光子晶体的周期结构,调整光子带隙位置,可以决定光纤的导光波段,因此H I CB r a g g光纤结构可以应用于特定波长的传输中㊂2.2实芯B r a g g光纤的色散随结构参数的变化由式(3)计算可得色散随B r a g g光纤结构参数变化的曲线图㊂图3所示为不同d/Λ和Λ条件下基模色散系数随波长变化的曲线㊂根据B r a g g光纤一般的结构参数和碲酸盐玻璃的一般折射率,在满足实际可以制作的前提下,固定R=5μm㊁Λ= 2μm㊁n1=2.04㊁n2=2.02和N=6,只改变低折射率介质层的厚度,从而改变低折射率层占周期的比例d/Λ的取值时,色散曲线在波长为0.8~1.2μm之间下降,而在波长>1.2μm时色散曲线又开始变得陡峭,并且随着d/Λ的增大,色散曲线下降部分缩短,斜率增加,色散曲线零色散点㊁最高点以及最低点逐渐向长波长方向移动,如图3(a)所示,当d/Λ=0.12时,色散曲线最为平坦,且具有双零色散特性㊂5条色散曲线随着d/Λ的改变排列紧密,表明d/Λ对H I CB r a g g光纤的色散影响不是很强㊂当d/Λ=0.12㊁R=5μm㊁n1=2.04㊁n2=2.02㊁N=6和Λ=1.0㊁1.1㊁1.2㊁1.3μm时,色散曲线在波长>1.1μm时变得极为陡峭,呈现上升趋势,且随着Λ减小,曲线逐渐趋于平坦,零色散点逐渐消失;当Λ由1.3μm减小至1.0μm时,在0.8~1.5μm 的波长范围内,色散值均为正,当Λ增大时,零色散点也随之向长波长方向移动,如图3(b)所示㊂其中,当Λ=1.1μm时,零色散点最接近1.064μm,且色散曲线最为平坦㊂与图3(a)中的色散曲线相比,改变包层周期,色散曲线变化更加明显,说明改变Λ比改变d/Λ对H I CB r a g g光纤的色散特性影响更大,两种改变方式均能使其零色散点向长波长方向移动㊂D/ps/(nm·km)40302010-10-200.80.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5波长/滋md/撰=0.10d/撰=0.11d/撰=0.15d/撰=0.12d/撰=0.14(a)d/撰不同的情况D/ps/(nm·km)40302010-10-200.80.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5波长/滋m(b)撰不同的情况撰=1.0滋m撰=1.1滋m撰=1.2滋m撰=1.3滋m图3不同d/Λ和Λ条件下基模色散系数随波长的变化图4所示为不同Δn和R条件下基模色散系数随波长变化的曲线㊂图4(a)为d/Λ=0.12㊁Λ= 1.1μm㊁R=5μm和N=6时,色散曲线随高低折射率两层介质的折射率差Δn变化的曲线图,从图中可以看出,随着Δn细微的改变,色散曲线的变化非常明显㊂当确定高折射率介质的折射率,降低低折射率介质的折射率时,随着Δn的增大,色散曲线逐渐变得陡峭,下降部分延长,零色散点㊁最高和最低点同时向长波长方向移动㊂实芯B r a g g光纤的色散系数值随着折射率差Δn的增大而增大,可以看到折射率差对色散特性的影响比之前两种结构参数对色散特性的影响都大㊂当Δn=0.01,即两层材料的折射率差最小时,色散曲线最为平坦,满足折射率差较小42光通信研究2018年第4期总第208期时,实芯B r a g g 光纤限光能力较强,具有更高的非线性系数的特性㊂由图4(b )可以看出,当d /Λ=0.12㊁Λ=1.1μm ㊁Δn =0.01㊁N =6和R =4.0㊁4.5㊁5.0㊁5.5μm 时,色散曲线在短波长处逐渐下降,在波长>1.3μm 时,色散曲线开始趋于平坦,且随着R 的值由小变大,色散曲线下降部分延长,零色散点和最低点都逐渐向长波长方向移动,当R =5.0μm时,色散曲线最为平坦,且绝对值最小㊂由图4可知,折射率差Δn 和纤芯半径R 的改变对色散曲线的影响比包层填充率d /Λ和包层周期Λ对色散曲线的影响更大,故可通过对Δn 和R 的调整来增大色散曲线的平坦度㊂D /p s /(n m ·k m )403020100-10-20D /p s /(n m ·k m )403020100-10-200.80.91.01.11.21.31.41.5波长/滋m(a)驻n 不同的情况0.80.91.01.1 1.2 1.3 1.4 1.5波长/滋m(b)R 不同的情况驻n =0.01驻n =0.02驻n =0.03驻n =0.04R =4.0滋mR =4.5滋mR =5.0滋mR =5.5滋m图4 不同Δn 和R 的条件下基模色散系数随波长的变化图5所示为不同N 值下基模色散系数随波长的变化㊂由图可见,当d /Λ=0.12㊁R =5μm ㊁n 1=2.04㊁n 2=2.02和N =4㊁6㊁8时,色散曲线在波长>0.9μm 时开始发生变化,当周期数变多时,开始出现两个零色散点,零色散点和最低点向长波长方向移动㊂当N =6时,色散曲线最为平坦㊂随着N 值的增大,实芯B r a g g 光纤的导光能力增强㊂这也说明,实芯B r a g g 光纤的包层数对色散特性也有较大的影响㊂D /p s /(n m ·k m )403020100-10-200.80.91.01.11.2 1.3 1.4 1.5波长/滋mN =4N =6N =8图5 N =4㊁6㊁8时基模色散系数随波长的变化2.3 零色散点位于1.064μm 附近且色散平坦的H I CB r a g g 光纤的设计由2.1节的分析可知,可以通过调节H I CB r a g g 光纤的包层填充率d/Λ㊁包层周期Λ㊁折射率差Δn ㊁纤芯半径R 和包层数N 来控制零色散点的位置,从而设计出不同波段具有平坦色散特性的H I CB r a g g 光纤㊂通过控制变量法进行多级模拟,图6给出了本文所设计光纤的色散图㊂从图中可以看出,在0.9~1.2μm 波长区间内,色散系数在-5~12p s /(n m ㊃k m )之间,相比较其他结构的实芯B r a g g 光纤,色散值范围在-20~20之间,可见该结构的实芯B r a g g 光纤色散曲线平坦,同时具有两个零色散点,其中第1个零色散点恰好在1.064μm 附近㊂具有双零色散特点的光纤能够优化超连续光谱的产生,可使超短脉冲的光谱能量展宽至3个倍频以上,理论研究表明该此光纤结构可以作为研究中红外超连续光谱输出的一种新型光纤介质㊂D /p s /(n m ·k m )403020100-10-200.80.91.01.11.2 1.3 1.4 1.5波长/滋md /撰=0.15,撰=1.2滋m,驻n =0.02,R =5滋m,N =6图6 基模色散系数随波长的变化3 结束语本文提出并设计了一种新型一维光子晶体带隙型H I C B r a g g 光纤,选择具有高线性折射率和非线(下转第65页)52覃瑶等: 色散平坦的H I CB r a g g 光纤传输特性研究[D ].郑州:解放军信息工程大学,2015.[10]T u L ,Z h o u X ,S h e n g Q.A n a l ys i so nI n t e r n e to f T h i n g sA r c h i t e c t u r e b a s e d o nS D N [J ].W i r e l e s s I n t e r -n e tT e c h n o l o g y,2016.[11]L a a l a o u i Y ,M H a l l a hR.AB i n a r y M u l t i p l eK n a ps a c k M o d e l f o rS i n g l e M a c h i n e S c h e d u l i n g wi t h M a c h i n e U n a v a i l a b i l i t y [J ].C o m p u t e r s a n d O p e r a t i o n s R e -s e a r c h ,2016,72:71-82.[12]宋海生,傅仁毅,徐瑞松,等.求解多背包问题的混合遗传算法[J ].计算机工程与应用,2009,45(20):45-48.[13]P a r a d aL ,H e r r e r aC ,S e pu l v e d aM ,e t a l .E v o l u t i o n o f N e w A l g o r i t h m sf o rt h e B i n a r y K n a p s a c k P r o b l e m [J ].N a t u r a l C o m p u t i n g,2016,15(1):181-193.[14]H u a n g B ,L i J ,L i hK W ,e t a l .A p p r o x i m a t i o nA l g o -r i t h m sf o rt h e G e n e r a l i z e d M u l t i p l e K n a p s a c k P r o b -l e m s w i t h K R e s t r i c t e d E l e m e n t s [C ]//I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n I n t e l l i g e n t H u m a n -M a c h i n e S y s t e m s a n dC y b e r n e t i c s .H a n g z h o u ,C h i n a :I E E E ,2015,1:췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍470-474.(上接第25页)性系数的碲酸盐玻璃为纤芯材料,采用传输矩阵法和B l o c h 理论,并利用C o m s o l 软件数值研究了其传输特性㊂对于H I CB r a g g 光纤,可以通过调整其结构参数,从而改变其光子带隙结构,控制传输波段,也可以通过调整参数其取值来获取期望的色散特性㊂分析表明,折射率差Δn ㊁纤芯半径R 和包层数量N 对色散曲线影响较大,可以通过调整其取值来改变色散曲线的平坦度,而对零色散点的控制可以通过适当调整包层周期Λ和包层填充率d /Λ的取值来实现㊂根据这一特点设计了波长在1.064μm 附近的色散平坦的H I C B r a g g 光纤,其在0.9~1.2μm 波长区间色散曲线平坦,同时具有两个零色散点,其中第1个零色散点恰好位于1.064μm 附近㊂参考文献:[1] Y e h P ,Y a r i v A ,M a r o m E .T h e o r y o fB r a g g Fi b e r [J ].J o u r n a l o f t h eO p t i c a l S o c i e t y ofA m e r i c a ,1978,68(9):1196-1201.[2] 石立超,张巍,邢文鑫,等.外径波动下空心布拉格光纤的模式传输特性[J ].中国激光,2010,37(10):2559-2564.[3] R e nGB ,Z h iW ,Q i nLS ,e t a l .M o d eC h a r a c t e r i s t i c so fH i g h -I n d e x -C o r e B r a g g F i b e r s [J ].J o u r n a l o fO p t o -e l e c t r o n i c sL a s e r ,2004,15(5):565-568.[4] P a l BP ,D a s g u p t a S ,S h e n o y M R ,e t a l .S u p e r c o n t i n -u u m G e n e r a t i o ni naB r a g g F i b e r :A N o v e lP r o po s a l [J ].O pt o e l e c t r o n i c sL e t t e r s ,2006,2(5):342-344.[5] M o n s o r i u J ,S i l v e s t r eE ,F e r r a n d oA ,e t a l .H i g h -I n -d e x -C o r e B r a g g F i b e r s :D i s p e r s i o n P r o p e r t i e s [J ].O p t i c sE x pr e s s ,2003,11(12):1400-1405.[6] 任国斌,王智,娄淑琴,等.高折射率芯B r a g g 光纤的色散特性研究[J ].物理学报,2004,53(6):1862-1867.[7] L i a o M ,Y a nX ,Q i nG ,e t a l .A H i g h l y N o n -L i n e a r T e l l u r i t e M i c r o s t r u c t u r eF i b e rw i t h M u l t i -R i n g H o l e s f o rS u p e r c o n t i n u u m G e n e r a t i o n [J ].O p t i c sE x p r e s s ,2009,17(18):15481-15490.[8] 梅洛勤,叶卫民,曾淳,等.用传输矩阵法(TMM )研究二维光子晶体传输特性[J ].量子光学学报,2003,9(2):88-92.[9] 李伯臧,张德刚,吴建华,等.循环量子系统中状态演化的B l o c h 定理和同步几何相位的统一[J ].物理学报,1997,46(2):227-237.[10]陈超,陈鹤鸣,汪静丽,等.红外空心布拉格光纤损耗特性的研究[J ].光通信研究,2012,(4):33-35.[11]李曙光,刘晓东,侯蓝田.光子晶体光纤的导波模式与色散特性[J ].物理学报,2003,52(11):2811-2817.56李嘉琪等: 基于多背包模型的分布式网络服务布局算法。

光子晶体光纤PBG导光原理

光子晶体光纤PBG导光原理
程晓峰
【期刊名称】《矿业科学技术》
【年(卷),期】2006(034)002
【摘要】光子晶体光纤可以通过两种导光机制传播光,即内全反射导光和光子带隙(photonic bandgap,PBG)效应导光.后者在导光特性、色散特性等方面较之传统光纤乃至内全反射光子晶体光纤都有较大的优点.时域有限差分法(FDTD)为研究其导光原理提供了研究方法.
【总页数】5页(P43-47)
【作者】程晓峰
【作者单位】安徽理工大学,安徽,淮南,232001
【正文语种】中文
【中图分类】TD1
【相关文献】
1.PBG光子晶体光纤中空气导光条件的研究 [J], 陈鹤鸣;张力;容经雄
2.混合导光双芯光子晶体光纤及光器件研究 [J], 肖颖;董传培
3.空气导光型光子晶体光纤特性及研究进展 [J], 王文杰;郭林;张宁;纪越峰
4.空芯带隙型光子晶体光纤整体空气孔包层导光特性研究 [J], 郭夏锐;杨德兴
5.全反射导光型光子晶体光纤的基模损耗研究 [J], 杜海龙;郑义;樊心民;李坤;傅修远
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一种可变空气孔的光子晶体光纤

一种可变空气孔的光子晶体光纤殷爱菡;陈冬;付方博;熊磊【摘要】针对PCF(光子晶体光纤)很难同时获得平坦色散和低限制损耗的问题,设计了一种新的可变空气孔的 PCF,通过改变包层中空气孔的大小来获得平坦色散和低限制损耗。

采用 FVFEM(全矢量有限元法)和 APML(各向异性完美匹配层)的边界条件对该光纤的结构进行分析,在设定1.55μm处空气孔的有效折射率为1、石英的有效折射率为1.45的条件下进行了仿真计算,结果表明,该光纤在1.25~1.78μm 波长范围内具有超平坦色散,并且色散值在0±0.68ps/(nm·km)范围内变化,其限制损耗低于10-3 dB/m。

%A new Photonic Crystal Fiber (PCF)with flattened chromatic dispersion and low confinement losses is proposed by varying the size of air hole.By employing a Full Vector Finite-Element Method (FVFEM)and Anisotropic Perfectly Matched Layers (APML),the structure and optical properties of the proposed PCF are analyzed.The simulation is conducted under the conditions that the effective refractive index of air hole at 1.55μm isn0 =1 and the effective refractive index of quartz is 1.45. The results show that the proposed PCF has ultra-flattened dispersion of 0±0.68 ps/(nm·km)from 1.25 μm to 1.78μm wavelength range with confinement losses lower than 10-3 dB/m across all the wavelength range.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】3页(P26-28)【关键词】光子晶体光纤;色散;限制损耗;椭圆孔【作者】殷爱菡;陈冬;付方博;熊磊【作者单位】华东交通大学信息工程学院，南昌 330013;华东交通大学信息工程学院，南昌 330013;华东交通大学信息工程学院，南昌 330013;华东交通大学信息工程学院，南昌 330013【正文语种】中文【中图分类】TN818自第一根PCF（光子晶体光纤）问世以来，PCF便凭借其无截止单模特性、超平坦色散、高双折射率以及可控的非线性等特性受到了广泛的关注［1-4］。

高非线性色散平坦光子晶体光纤的理论研究

高非线性色散平坦光子晶体光纤的理论研究孙太龙;励强华;刘晶会;刘颖【摘要】为了研究光子晶体光纤结构参数对非线性系数及色散特性的影响,采用全矢量等效折射率模型,进行了理论分析,研究发现,通过调节结构参数可以灵活设计波长在820nm附近具有较大非线性系数和较低色散值的高非线性色散平坦光子晶体光纤.结果表明,高非线性色散平坦光子晶体光纤的研究前景十分可观.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2008(032)003【总页数】4页(P330-333)【关键词】光纤光学;非线性;色散平坦;非线性系数;光子晶体光纤【作者】孙太龙;励强华;刘晶会;刘颖【作者单位】哈尔滨师范大学,物理系,哈尔滨,150080;哈尔滨师范大学,物理系,哈尔滨,150080;哈尔滨师范大学,物理系,哈尔滨,150080;哈尔滨师范大学,物理系,哈尔滨,150080【正文语种】中文【中图分类】TN929.11引言光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)是一种横向周期性紧密排列、纵向无限延伸、由空气孔构成包层的新型光纤，由于其高度可调的纤芯结构和色散特性在非线性光学研究领域独具特色，通过改变光纤的结构参数和输入脉冲参数可有效地控制和调节光子晶体光纤的色散特性和非线性效应，国内外学者进行了一系列理论和实验研究[1-6]，应用其色散特性可以制作色散平坦光纤，高非线性效应典型应用是产生超连续光谱等，当前,人们对采用钛宝石飞秒激光器研究光子晶体光纤中的非线性效应广泛关注,而作者设计的820nm处高非线性色散平坦光子晶体光纤对其实验研究有重要应用,因此，作者定量分析了非线性系数和色散系数,为各种奇异色散特性和非线性特性PCF的设计提供了理论依据。

1 理论分析全矢量有效折射率模型分析PCF的基本思路是：将PCF等效成阶跃型光纤，光纤纤芯为纯石英，包层等效为均匀介质，然后运用阶跃光纤理论求解PCF基模的矢量特征方程，在柱坐标下结合边界条件可得到PCF包层基模的特征方程[7]为:(1)式中,(2)(3)(4)(5)(6)式中，d为包层空气孔直径，r为孔半径，c为光速，ω为频率，A为空气孔间距，β为包层基模的传播常数，k为空气中波数。

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Ｖ０．６Ｎｏ１１２．
Ｆｂ２（ｅ．０）６
文章编号：６３５３（０６０４０６０１７－４９２０）１）６－４
１１１３．５— ．５
具有平坦色散的ＰＧ光子晶体光纤的设计Ｂ
陈鹤鸣张力，伟，彭
南京邮电大学光电工程学院，江苏南京２００、１０３
层空气孔径与空气孔间距的比值ｄＡ及中心缺陷孔径与包屡空气孔间距的比值ｒＡ来改览波导色／／
散。试光纤对于ＤＭ光纤通信系统具有重要意义。ＷＤ关ｔ词：电子学；Ｂ光ＰＧ光子晶体光纤；色散；平坦时城有限差分法；ＷＤＤＭ
中圈分类号：Ｎ２３Ｔ５
厂．ｏｅｅｆｐｏｌｔｎｎｉｅｎ，ａｉｎｅｉｆｏｓｎｅｃｍｕｉｔｎ，阻ｉ１０３Ｃｉ￣１ＣＵｇｔｅｒｉＺｇｅｒｇＮｎｎＵｉｒｔｏＰｓｄｌｏｍｎａｏｓＮｊｇ００，ｈａ０ＯｅｃｏｃｎｉｊｇｖｓｙｔａＴｅｃｉｎ２ｎ
ｃｓｅ．ＩｉｕｄｔａｅｄｓｅｉｎｉｌｓｌｏｎｃｅｔｅＡ．ｄｄＡ．ＴｉｉｄｏｂｒｈｓｓｍｅｐｔｎｕｓｄｔＳｆｎｔｉｒｏｃｏｅｙｃｎｅｔｄｗｉｔａ／ｏｈｔｈｐｓｓｈｈｎｈｓｋｎｆｅａｏｏｅ．ｉｆ
Ｉ
ＡｓａｔＡＦｎｅＤｆｒｃｉｅｏａ（ＤＤｍｔｄｉｕｅｅｇｈｔｉｂｎｇｐ（Ｂ）ｉｒｂｔｃ：ｉｔｉｅｎｅｍ — ｍｉＦＴ）ｅｏｓｔｄｓｎｐｏｎｃａｄａＰＧｆｅｒｉ— ｅＴＤｎｈｓｄｏｉｏｂｓ
Ｉ．ｎｓＦｊＣｍｕｃｉｅｎｌｏＬ，ｚｕ１０ＩＣｉＪｎｕｕ２ｉｇｊｏｍｎａｎｃｏ￣Ｃ．ｔＳｈ５１．ｎｉｔＴｈｏｏｄｕｏ２ｈａ
３．ｎａｒｎｈ，ａｄｎｂｌｏＹａｔｉＢａｃＳｈｎｏｇＭｏｉｅＣｍｍｕｉａｉｎＣｏｔＹａｔｉ６００，ｉｎｃｔ．Ｌｄ，ｎａ４０ｃｈ眦ｏ２
ｔｐｌａｏｓｎｄｎｅｗｖｌｇｉｉｏｕｔｌｉｇＤＭ）ｏｔａｏｕｉｔｎｓｓｍ．ｉａｐｉｔｎｅｓａｅｅｔｄｖｉｍｌｐｅｎ（ＷＤｍｃｉｉｎｈｓｎｉｘｐｉｌｍｍｎｃｉｙｔｃｃａｏｅ
Ｋｅｒｓ：ｔｅｅｔｎｃ；Ｐｏｏｉａｄａｕｄｎｉｅ；Ｄｉｐｒｉｎ：Ｆｎｔ－ｆｒｎｅＴｍｅＤｏｉｙｗｏｄＯｐｌｃｒｉｓｏｏｈｔｎｃｂｎｇｐｇｉｉｇｆｒｂｓｓｏｅｉｉＤｉｅｅｃｉ．ｍａｎｅ
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第２卷第１６期
２ＯＯ６年２月
南京邮电大学学报（自然科学版１
ＪｕｎｌｆａｊｇＵｉｒｔｏＰｓｎｅｃｍｍｎｃｔｎ（ａｒｌｃｎｅｏｒａｏｎｉｎｅｓｙｆｏｔａｄＴｌｏｕｉａｏｓＮｔａＳｉｃ）Ｎｎｖｉｓｅｉｕｅ
ｒｌｉｐｒｉｎａｄｗａｅｕｄｉｐｒｉｎ，Ｔｅｒｌｔｎｅｗｅｎｔｅｄｓｅｉｎａｄｔｅｓｕｔｒａａｔｒｔｉｉｓｅｏｎｖｇｉｅｄｓｅｏａｄｓｓｈｅａｉｓｂｔｅｉｐｒｏｎｔｃｕｐｒｍｅｅａｅｄｓｏｈｓｈｒｅｓ－
文献标识码：Ｂ
ＤｅｉｎｏｈｔｎｃＢａｄｐＦｂｒｔａｔｎｄＤｉｅｓｏｓｆＰｏｏｉｎＧａｉｅｓｗｉＦｌｔｅｅｓｒｉｎｇｈｐ
ｆｏ５ｍｏ１３０ａｒｍ１１０ｎｔ５ｍＣＨＥＮ．ｉｇ，ＺＨＡＮＧＨｅｒｎｕＬｉ，ＰＥＮＧｅＷｉ
ｍｅｏ；ＤｎｅＷａｅｎｔｉｉｏｌ＃ｅｉｇｔｄｈｅｓｖｌｇＤｖｓｎＭｕｔｘｅｈｉｉｎ
１引言
ＰＧ光子晶体光纤（ＰｏｎａｄａｉｎＢｈｔｉｂｎｇｐｇｄｇｏｃｕｉ
ｐｏｎｙｔｂｒ，Ｂ —Ｃ）ｈｔｉｃｓｌｅＰＧＰＦ是一种包层横向为ｏｃｒａｆｓｉ
ｗｔａｔｎｄｄｓｅｓｎｆｍ５ｍｏｌ３０ｎｉｆｔｅｉｐｒｉｒｌ１０ｎｔ５ｍ．ＴｅｄｓｒｉｎｏＢＧｆｅＳｏｔｉｅｙｔｅｓｍｆｔ．ｈｌ Байду номын сангаас ｏｏｈｉｐｓｏｆｅＰｂｒｉｂａｎｄｂｕｏｅｉｓｈｍａ
江苏富士通通信技术有限公司，苏州２５１江苏１０１Ｉ
山东移动通信公司烟台分公司，山东烟台２４０６００
摘耍：利用时城有限盖分法（ＩＤ）设计了在１１一１３ｍ具有平坦色散的ＰＧ光子晶体光纤。ＦＹＩ．５．５Ｂ
将光子晶体光纤的总色散分为波导色散和材料色散两部分分剐计算，并利用包层空气孔阎距Ａ、包