光纤光子学深圳大学期末复习课件.ppt

简化的空芯PBGF 多层结构对周期性、均匀性要求高，拉制麻烦 简化结构易于拉制，其带隙结构由内壁厚度决定，而且空芯和周围气孔容易做大。 便于材料填充和光耦合 Simplified hollow-core photonic crystal fiber，OL 空芯光子带隙光纤的制造和应用研究 拉制了85系列空芯光纤：85AB0光纤外径170，85DB0外径140，85CA0外径129 85AB0 85DB0 证明：存在带隙 问题：节点较大，损耗较大 * 光纤中条形细丝上超连续谱产生 传统高双折射光子晶体光纤设计中的局限 利用包层结构的不对称设计引入高模式双折射 包层对两个偏振模式的束缚能力不同 受限制强的偏振模式有效折射率高 受限制弱的偏振模式有效折射率低 受到弱束缚的偏振模式有大量能量在包层中传播，限制损耗很大 超高双折射超低限制损耗PCF结构设计 在芯区引入新颖的内包层结构（四个呈矩形分布的小空气孔） 内包层小空气孔与外包层共同形成光子禁带，光场无法在孔内传播 利用内包层空气孔的形状和空间分布实现高双折射 外包层对称性不被破坏，且可以使用较大的空气填充率 实现超低限制损耗 实现单模传输 L = 2.2 mm， d = 0.76L 计算波长 l = 1.55 mm 分 析 方 法 全矢量有限元法 (COMSOL Multiphysics TM ) 模场分析（每个模式的光场分布和有效折射率） 利用各向异性理想匹配层边界，模场有效折射率为复数形式 数据后处理 限制损耗 群速度色散 有效模场面积 光纤非线性系数 （dB/m） （W-1km-1） 内包层空气孔椭圆率的影 响 x方向偏振模式 y方向偏振模式 内包层四个空气孔呈正方形排列 L1 = L2 = 0.55L ER = 2.25:1 a = 0.45L，b = 0.2L 空气孔椭圆率变化时，其面积保持不变 ER = 1:1 a = b = 0.3L ER = 1:1.25 a = 0.2L，b = 0.45L 内包层空气孔椭圆率的影响 空气孔椭圆率ER 1或者ER 1时，模式双折射的绝对值可高于0.02。 随着椭圆率的增加，总有一个偏振态的限制损耗迅速增大。 简单的使用椭圆空气孔，无法获得兼顾高双折射与低限制损耗的最优结构 内包层空气孔空间分布的影响 内包层四个空气孔为圆形 ER = 1:1，a = b = 0.3L x方向偏振模式 y方向偏振模式 L1 = L2 = 0.55L L1 = 0.5L，L2 = 0.65L 模式双折射可达0.01 限制损耗分别为0.0016 dB/km和0.00042 dB/km 综合考虑内包层空气孔椭圆率和空间分布 内包层使用椭圆空气孔可以产生巨大的模式双折射 低限制损耗难以实现 利用空气孔不对称空间分布也可以获得高双折射 可以实现低限制损耗 x方向偏振模式 y方向偏振模式 内包层四个空气孔为椭圆形，矩形分布 ER = 2.25:1，a = 0.45L，b = 0.2L L1 = 0.55L，L2 = 0.65L 模式双折射可达0.021 限制损耗分别为0.0013 dB/km和0.00002 dB/km 模 式 特 性 分 析 内包层四个空气孔为椭圆形，矩形分布 ER = 2.25:1，a = 0.45L，b = 0.2L L1 = 0.55L，L2 = 0.65L d/L = 0.76，L = 2.2 mm 1.3 mm波长处二阶模式截止 相对平坦中等大小的负色散 x偏振态有效模场面积为4.1 mm2 y偏振态有效模场面积为3.6 mm2 非线性系数g为32 W-1km-1 非线性系数g为36 W-1km-1 n2 3.2 x 10-20 m2/W Published at J. Lightwave Technology 单模单偏振高非线性光纤 性能优势 单模单偏振 ? 更高的非线性效率 特殊非线性应用：偏振敏感参量放大、极化超连续谱产生 研究现状 利用包层不对称设计或者应力材料实现单偏振传输 高双折射与小模场面积、低限制损耗之间无法兼顾 我们的工作 利用芯区内包层结构设计实现超宽带单模单偏振传输 兼顾小模场面积（高非线性）和低限制损耗 优化外包层结构设计，获得近零平坦群速度色散 超宽带单模单偏振高非线性PCF结构设计 在芯区引入新颖的内包层结构（四个紧密排列的椭圆空气孔） 空气孔椭圆率大，相互间隔小 ? 实现基模一个偏振态的截止 实现小模场面积，同时对其他高阶模式也有强烈的抑制作用 具有较大空气填充率的外包层 有利于实现超低限制损耗和小模场面积 结构优化可以实现平坦近零群速度色散 L