1 北京交通大学光波技术研究所，北京 100044
2 北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
提出了一种基于矢量模式的全光纤模式选择耦合器，该耦合器由一个单模光纤和一个空气芯环形少模光纤组成。基于耦合模理论，研究了不同参数对耦合特性的影响，并且详细分析了纤芯间距对高阶模式间的串扰和工作带宽的影响。结果表明，在相位匹配条件下，该矢量模式选择耦合器可高效地实现基模与特定高阶模的耦合；通过改变耦合器的纤芯间距，可以调控模式间的串扰和工作带宽之间的平衡关系。该模式选择耦合器可直接实现基模到高阶矢量模式的高效转换，能降低光通信系统的插损和复杂度，在光纤激光器、光镊和模分复用系统中具有潜在的应用价值。
光纤光学 模分复用 相位匹配 矢量模式 模式选择耦合器
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院先进光子技术研究所, 江苏 南京 210023
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
根据光子晶体光纤多孔等特性,提出一种涡旋光传输的环形中空光子晶体光纤设计方案。利用有限元法对环形光纤结构参数进行优化设计,并分析光纤中多阶涡旋光的传输特性。具体分析结果表明,当光纤中心孔直径取5.6 μm,第一层空气孔直径取2.67 μm,最外层空气孔的直径取2.87 μm,孔间距取3.09 μm,在1.3~2 μm波段内,同一矢量模式组对应的HE模和EH模之间的有效折射率差最小超过3.04×10 -3,最大达到了1.55×10 -2,并且能应用于光纤较小弯曲情形(弯曲半径可以低至18 mm)。该光子晶体光纤能实现涡旋光模式稳定传输,为今后进一步研究并应用涡旋光奠定了良好的基础。
中国激光
2021, 48(11): 1105001
1 北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
2 北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044
针对机械微弯长周期光纤光栅的基模HE11到高阶纤芯矢量模式(TE01、TM01和HE21)的耦合特性,分析了阶跃型和反抛物线型两种少模光纤结构下机械微弯长周期光纤光栅的光栅周期、微弯幅度和耦合系数等参数对矢量模式耦合的影响。研究结果表明,耦合系数是模式耦合过程中的关键,通过施加压力改变光纤的微弯幅度可以有效调谐光栅矢量模式的耦合强度。基于反抛物线型光纤结构的机械微弯长周期光纤光栅可以特定波长激发特定的高阶矢量模式(TE01、TM01和HE21),并且由基模向高阶模式转换的谐振波长可调谐。该机械微弯长周期光纤光栅在矢量模式复用、轨道角动量的产生和复用领域有潜在的应用价值。
光纤光学 机械微弯长周期光纤光栅 少模光纤 矢量模式转换 光学学报
2020, 40(12): 1206003
1 北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
2 北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044
为了实现模分复用系统中的模式转换,提出了基于环形光纤的倾斜长周期光纤光栅的矢量模式转换方法。利用有限差分法和耦合模理论,研究了折射率调制的倾斜角度、幅度函数、光栅长度及耦合系数对模式耦合的影响。结果表明,在相位匹配条件下,该光栅可在不同波长处实现基模到特定高阶矢量模式的转换,且波长间隔大于150 nm。倾斜角度在模式耦合中起着关键作用,在倾斜角度约为84°时转换效率可达到最大。与现有模式转换方法相比,这种模式转换器模式间隔较大,模式间串扰低、转换效率高,在轨道角动量复用和矢量模式复用中有潜在应用价值。
光纤光学 倾斜长周期光纤光栅 矢量模式转换 少模环形光纤 耦合模理论
国防科技大学 前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410072
模式是光纤光学中的基本概念，也是光纤激光器研究中最关注的问题之一。在一般的教材、文献中对模式的简并问题涉及较少，没有给出清晰、直观的物理图像。文中采用经典的电磁场理论，阐明了矢量模的简并度、标量模的简并度以及矢量模和标量模之间的简并关系。在弱导阶跃折射率光纤中，矢量模和标量模都是描述光场的正交完备基，矢量模[HE1n(o)、HE1n(e)]与标量模[LP0n(ye)、LP0n(xe)]描述的光场空间是2维的，矢量模[TE0n、HE2n(o)、HE2n(e)、TM0n]与标量模[LP1n(yo)、LP1n(ye)、LP1n(xo)、LP1n(xe)]描述的光场空间是4维的，矢量模[EHm-1, n(o)、EHm-1, n(e)、HEm+1, n(o)、HEm+1, n(e)]与标量模[LPmn(yo)、LPmn(ye)、LPmn(xo)、LPmn(xe)]描述的光场空间也是4维的。
矢量模 标量模 模式简并度 弱导阶跃折射率光纤 vector mode linearly polarized mode mode degeneracy weakly guiding step index fiber 红外与激光工程
2020, 49(4): 0405001
1 Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications, Institute of Photonics Technology, Jinan University, Guangzhou 510632, China
2 State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies and School of Electronics and Information Technology, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China
Frontiers of Optoelectronics
2019, 12(1): 0141–51
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
针对纤芯折射率分布为倒抛物线型的光纤结构,在光纤的纤芯与包层之间增加低折射率层,构成了改进的新型光纤。该光纤可容纳高阶轨道角动量(OAM)模场,通过归一化截止频率的计算得到光纤可支持9种模式,最高可容纳拓扑荷数为3的OAM模式。计算得到简并模式LP11与LP21的有效折射率差均可达到2.1×10
-4,简并模式LP31之间有效折射率差可达到10
-3,能够有效地使矢量模式简并分离,对越高阶的模式简并分离效果越好。最后分析了此光纤结构低折射率层的分布对于光纤可容纳涡旋光束模式数目的影响。
光纤光学 涡旋光束 矢量模式 有效折射率 激光与光电子学进展
2019, 56(2): 020601
1 兰州大学信息科学与工程学院,甘肃,兰州,730000
2 兰州理工大学理学院,甘肃,兰州,730050
研究了纤芯为均匀材料,包层为单轴各向异性晶体材料且其主轴沿光纤轴线的单包层光纤模型,针对HE11模,运用矢量精确解法分析了单轴晶体材料主轴折射率比参数kcl对光纤芯层和包层间功率分配的影响.研究结果表明kcl对该种光纤中芯层和包层间的功率分布影响显著,且其影响的大小和规律与kcl的取值有关.
纤维与波导光学 单轴晶体 矢量精确解 功率分配 基模 fiber and waveguide optics uniaxial crystal vector mode method power distribution fundamental mod
提出了矢量法分析和数值计算相结合的方法求解复数域超越方程来得出具有金属外包层的光纤的基模,以及包层模的传输常量。对具有复数折射率(金属)外包层的圆柱形波导(光纤)进行了分析。得出了一些规律性的结论,以此为基础分析了金属外包层对长周期光纤光栅的影响,并做了相关的实验验证。
光纤通信 长周期光纤光栅 矢量模方程 金属外包层光栅
