光子晶體是一種介電常數周期性排列的人工介質,它對光具有可操縱性。將非線性材料運用到二維光子晶體中,即在普通二維光子晶體波導中引入非線性缺陷,通過控制輸入光功率的大小,得到了不同情況下光波在波導中的傳輸情況,實現了"開""關"作用,實驗結果表明,開關時間極短,大致在1013—~1014數量級。

介紹該課題組近兩年在光子晶體光纖超連續譜方面的主要研究成果,包括基于連續波泵浦研制全光纖化超連續譜源,利用級聯一段高非線性正常色散光纖,通過光纖的受激拉曼散射效應實現超連續譜的平坦化;基于皮秒鎖模光纖激光器實現全光纖化5w輸出超連續譜源;拉制一段145m的錐形光子晶體光纖,利用自制的納秒光纖激光器與錐形光子晶體光纖熔接,制備輸出功率2.2w的寬帶超連續譜源;利用自制的網狀光子晶體光纖和全固態光子帶隙光纖,分別研究亞微米薄壁上偏振相關的超連續譜產生,以及基于四波混頻效應產生的超連續譜.

光子晶體光纖模擬.

基于有限元法分析了光子晶體光纖模場半徑,為了提高計算速度,提出了一種工作波長為1.55μm時,光子晶體光纖模場半徑的快速估算方法,進而實現光子晶體光纖熔接損耗的快速估算。分析表明,本文提出的方法能夠準確快速的實現光子晶體光纖熔接損耗的估算。

介紹了光纖陀螺在實際應用過程中的環境適應性問題,并從光子晶體光纖的結構特點出發,總結了光子晶體光纖的獨特應用優勢,指出將光子晶體光纖應用于光纖陀螺中可很好地解決溫度、磁和輻射敏感等問題。通過實驗研究,驗證了實心保偏光子晶體光纖的損耗、模式特性,以及溫度、磁場和核輻射對此種光纖的影響。同時,研究開發了它與傳統保偏光纖的熔接對軸技術,熔接點損耗和偏振串音達到0.7db和-25db。在此基礎上,研制出光子晶體光纖陀螺樣機,陀螺零漂達到0.09(°)/h。研究和對比表明:在光纖陀螺中用光子晶體光纖代替傳統的光纖,在減小溫度、輻射、磁場的影響和進一步提高光纖陀螺性能方面具備很大的潛力。

為了抑制通信系統中脈沖的展寬,根據色散補償理論,提出了一種由單一石英材料制成的雙層芯光子晶體光纖(dccpcf).該光纖的色散值在1.55μm處可達到-6000ps/(nm·km).理論分析表明,在傳輸過程中內芯基模和外芯缺陷模以相位匹配波長為臨界狀態,在內芯與外芯之間相互交替傳輸,并在匹配波長處因模式發生強烈耦合而引起折射率產生大幅度波動.通過對結構參數d1、d2變化的情況下色散曲線的擾動情況進行分析,可為實際制備工作提供一定的理論指導.

光子晶體光纖是一種包層由空氣孔-石英沿軸向方向周期排列所構成的新型光纖。光子晶體光纖特殊的結構分布和特性,使其在降低光學噪聲、陀螺尺寸、溫度敏感性,提高陀螺精度和抗核輻射等方面,具有傳統光纖光纖陀螺不可比擬的優越性。本文綜述了光子晶體光纖的概念、在光纖陀螺方面的獨特優勢,以及其在光纖陀螺應用方面的研究進展和前景。

先簡單介紹光子晶體光纖相對于普通光纖的特點,然后重點闡述光子晶體光纖在量子信息上應用的優勢。與其它方法,如基于非線性晶體自發參量下轉換方法相比,利用光子晶體光纖能更有效地產生糾纏光子,并能與現有光纖傳輸系統良好兼容,從而表現出其在量子信息領域內的優越性及巨大的應用潛力。最后簡要展望了光子晶體光纖在量子信息領域內的前景。

采用全矢量有限元方法和完美匹配層條件,研究了一種在光纖包層中引入矩形孔的光子晶體光纖,提出一種實現高雙折射光子晶體光纖的方法.模擬結果表明矩形孔光子晶體光纖具有橢圓孔光子晶體光纖類似的高雙折射特性,其雙折射高達0.01的量級,兩種光子晶體光纖的模場、雙折射、約束損耗等特性基本類似.

光子晶體光纖(pcf),是在1987年提出的光子晶體概念基礎上,由1995年開始付諸實現的光纖。光子晶體光纖是一種新型光纖,其結構和導光機理都與普通光纖不同,呈現出許多在傳統光纖中難以實現的特性,并因此受到廣泛關注。在光子晶體光

采用毛細玻璃管拼接并拉絲的方法試制成功光子晶體光纖樣品,它由石英纖芯和周圍呈六角形分布的兩圈氣孔組成,氣孔直徑4μm,間距17μm,芯區直徑30μm。理論模擬和光學實驗均證實此光纖在6328nm以上的波長范圍內為單模光纖

利用有限差分光束傳輸法分析了全光纖纖芯變形光子晶體光纖中的模場分布以及能量損耗情況.實現了光子晶體光纖的選擇性空氣孔塌縮,制作了由小纖芯到大纖芯和圓形芯到矩形芯的纖芯變形光子晶體光纖,該光纖在波長1550nm下以小于0.05db的能量損耗實現了光斑的整形.實驗結果與模擬結果有很好的一致性.

分析基于單芯光子晶體光纖的超連續譜光源在提升平均輸出功率時所面臨的問題,指出采用多芯光子晶體光纖作為超連續譜產生介質是一種實現高功率超連續譜產生的潛在方案。使用自制皮秒光纖激光器泵浦一段國產多芯光子晶體光纖,實現了光譜范圍750～1700nm,平均功率42.3w的全光纖化高功率超連續譜輸出。

提出了一種調節液晶光子晶體光子帶隙的方法。二維三角介質柱形光子晶體位于2塊熔凝石英片之間,在介質柱之間填充各向同性排列的液晶,受偏振紫外光照射后,光誘導液晶分子定向排列,通過光誘導液晶分子取向改變液晶的折射率。數值模擬結果表明:通過外界光場控制所填充的向列相液晶分子的方向可以對這種二維三角形介質柱光子晶體的禁帶結構進行調節。該可調光子晶體可控制波導中tm模和te模的選擇性傳輸,因而可應用于制作全光光開關。

利用有限差分法研究了一種混合纖芯光子晶體光纖的色散特性.在光纖端面的外圍區域,由空氣孔在石英材料中均布排列形成包層,在中心則由圓形高折射率材料與布居其近鄰的數個輔助小空氣孔共同構成纖芯.輔助空氣小孔使光纖的色散陡增,比普通光纖色散參數高兩個數量級以上.詳細的數值研究表明,纖芯周圍的一圈輔助空氣小孔數目越多、越靠近圓形高折射率材料則色散參數就越大.當輔助小孔距離纖芯非常近時,模場面積大幅度增大,此時不僅能獲得超大色散,而且能夠使光子晶體光纖具有非常小的非線性效應.改變包層空氣孔的大小對色散參數影響不明顯.

通過施加完美匹配層,利用有限元法,研究熱應力誘導的單偏振大模面積光子晶體光纖的偏振特性,計算纖芯參數對場能量分布系數和偏振損耗比的影響.結果表明,隨著纖芯折射率提高,兩正交偏振模的損耗比下降,當纖芯直徑減小時,場能量分布系數降低.

本文設計了兩種具有微結構纖芯的光子晶體光纖(pcfs)——矩形芯和橢圓芯pcfs,利用電磁場散射的多極理論研究了這兩種光纖的基本特性.發現在光纖包層氣孔不變的情況下,僅通過調節纖芯氣孔的大小就可以靈活地調節光纖的雙折射、色散和非線性特性.隨著纖芯氣孔半徑r1的增大,兩種纖芯結構的pcfs表現出如下特點:雙折射度增大且最大雙折射度對應的波長發生紅移,零色散波長由一個增加到三個,短波段非線性系數增大而長波段非線性系數減小.r1=0.4μm的橢圓芯pcfs的三個零色散波長分別位于可見、近紅外和中紅外波段.在結構參數相似的情況下,橢圓芯pcfs比矩形芯pcfs更容易實現高雙折射和高非線性.

雙芯準晶格光子晶體光纖的色散特性 胥長微 （黑龍江大學電子工程學院20115414） 摘要：設計了一種折射率引導型雙芯準晶格光子晶體光纖。該光纖內、外纖芯中光波的耦合 效應，可在相位匹配波長附近產生相當高的負色數值。通過分析內包層孔徑、纖芯孔徑、外 包層孔徑d,孔間距a，最終設計出一種能在1550nm低損耗窗口性能優越的色散補償光纖。 此種光線適合在長距離高速光纖通信，系統中為常規單模光纖提供色散補償。 關鍵詞：光纖光學；光子晶體光纖；雙芯；色散補償 1引言 近年來,光子晶體光纖由于其獨特的特性們的廣泛關注,并成為國際學術界 研究的熱點領域.由于靈活的結構使得它具有許多傳統光纖不具備的特點,比 如高非線性,高雙折和偏振保持,奇異色散特性,表面增強拉曼效應等.雙芯光 纖是學系統中常用的耦合器件,然而傳統雙芯光纖在制作上比繁瑣,光子晶體 光

使用脈寬為1.6ps的脈沖光抽運0.6m長的光子晶體光纖,測量由光纖中自發四波混頻過程所產生光子對的頻譜,并利用所獲得的相位匹配數據確定了待測光纖的色散。當抽運光的中心波長以1nm的步長,在1037～1047nm的范圍內變化時,通過可調諧濾波器和單光子探測器測量光子晶體光纖產生的信號和閑頻光子對的頻譜,從而獲得11組四波混頻相位匹配數據。然后使用階躍有效折射率模型對所獲得的相位匹配數據進行擬合,得出待測光子晶體光纖的纖芯半徑和包層空氣比的有效值分別為0.949μm和29.52%,并在此基礎上計算了光纖的色散及全頻譜范圍內的四波混頻相位匹配曲線。實驗結果顯示,曲線預測值與實測值之間誤差小于0.1%。

通過分析非對稱雙芯光子晶體光纖耦合理論,提出了一種非對稱雙芯光子晶體光纖耦合器。理論分析顯示,該耦合器的耦合比在一個較寬的波長范圍內變化較小,具有波長響應平坦特性。通過有限元法模擬分析了該耦合器兩芯間空氣孔的尺寸以及光的偏振對其耦合特性的影響,結果表明,該非對稱光子晶體光纖耦合器在1.3~1.8μm的波長范圍內,其50%耦合比變化在±4%以內,具有較好的波長平坦耦合響應特性,適合光纖通信等領域對寬帶耦合器的需求。

光子晶體光纖(pcf,photoniccrystalfiber)的熔接技術為pcf產品的應用和開發提供了條件。本文主要介紹了影響pcf熔接的主要因素,比較了傳統電弧熔接方法和激光熔接方法的優缺點,闡述了激光熔接的基本原理和工作流程,為pcf激光熔接機的制作打下基礎。

增大光場與氣體的作用范圍是提高光子晶體光纖(pcf)氣體傳感靈敏度的主要途徑之一。首先,利用多極方法模擬了空芯光子晶體光纖中的功率分數隨波長的變化關系,研究發現帶隙型光子晶體光纖纖芯中光功率分數隨波長變化是不連續的,其最大值可達90%,最小值不到5%。纖芯中光功率分數隨波長的分布還與光子晶體光纖包層的空氣填充率有關。其次,通過平面波展開方法計算了相應光子晶體光纖周期性包層所導致的光子帶隙,研究發現纖芯中的功率分數與光子晶體光纖周期性包層光子帶隙的特征有著密切的聯系。只要被檢測氣體的特征波段落入空芯光子晶體光纖的光子帶隙中,纖芯中的光功率分數就會遠大于實芯光子晶體光纖倏逝波吸收傳感時氣孔中的功率分數。