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
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
中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室,四川,成都,610209
用矢量模式场来描述二维金属光栅各层中的电磁场.由边界条件,推导出模式场方程组;借助反射透射系数阵递推算法,得出了方程组的解.这种矢量模式方法物理概念清晰且稳定收敛,可以处理任意偏振态平面波入射到二维亚波长金属光栅中的衍射问题.
二维金属光栅 矢量模式 反射透射系数阵
根据矩孔金属光栅的矢量模式理论,计算了不同入射方向、波长及偏振态情况下衍射场的分布,研究了不同光栅结构(光栅周期、占空比及深度等)对衍射效率、偏振态变化的影响;同时,根据实际需要,加工制作了一批不同深度的矩孔光栅样品,进行了实验测量,并将计算值与实验值进行了比较,两者基本相符。
矢量模式理论 衍射 金属光栅
本文引入满足均匀矢量亥姆霍兹方程的矢量波函数作为基矢，对矩孔光栅的孔内外光场分别进行矢量模式展开和矢量平面波展开，并由耦合条件导出了求解展开系数的方程组，从方程组中求解出相应的振幅系数，可研究光栅的衍射场分布.该方法可研究入射场方向和偏振任意时的衍射效率和偏振特性等问题.
矩孔光栅 矢量模式理论
本文根据矩形槽光栅的矢量模式理论进行了数值计算.对于任意入射方向及任意偏振态的入射场，计算了其衍射效率和偏振特性变化，并详细研究了光栅结构参数(周期、槽宽、槽深等)对衍射场的影响.
矩型槽光栅 矢量模式理论 衍射
1 上海交通大学应用物理系, 上海 200030
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
本文根据任意槽形金属光栅的矢量模式理论，对正弦槽光栅和半椭圆槽光栅的情况进行了推导和数值计算.对任意入射方向和偏振态的入射场，计算了其衍射场的分布情况，并详细研究了光栅结构参数(光栅常数、槽宽、槽深等)对衍射场的影响.
衍射 金属光栅 矢量模式理论
