1 河北工业大学 电子信息工程学院先进激光技术研究中心, 天津
2 浪潮电子信息产业股份有限公司, 济南
2 μm波段属于人眼波段, 并且具有大气通信窗口, 对该波段的研究是未来光通信系统亟待开发的领域。软玻璃材料相比于石英玻璃, 具有更宽的透光范围, 并且可扩展到中红外波段, 以配合2 μm波段光通信系统。设计了一种多芯空芯光子带隙光纤, 针对不同模式的模场面积、限制损耗和弯曲损耗等特性进行仿真分析。综合分析给出了2 μm波段单个和多个模式激光传输的最优波长。
空芯光子带隙光纤 2 μm波段 低损耗 弯曲损耗 hollow core photonic bandgap fiber 2 μm band confinement loss bending loss
河北工业大学 电子信息工程学院先进激光技术研究中心, 天津 300401
扩大传输容量已然成为现代光通信技术发展的首要任务。2 μm波段属于人眼波段, 并具有大气通信窗口, 是未来光通信系统亟待开发的领域。软玻璃材料相比于石英玻璃, 具有更宽的透光范围, 并且可扩展到中红外波段, 恰好配合2 μm波段光通信系统。空芯光子带隙光纤(hollow core photonic bandgap fiber, HC-PBGF)由于光纤带隙的存在, 提供了独一无二的导光模式。HC-PBGF具备灵活的光纤结构、较低的损耗, 可控的色散特性, 是非常适合光通信的传输媒介。设计了一种7-cell HC-PBGF, 对该光纤的色散、模场面积、限制损耗和弯曲损耗等特性进行仿真分析。
空芯光子带隙光纤 零色散点 低损耗 弯曲损耗 hollow core photonic bandgap fiber zero dispersion point low loss bending loss
提出并研究了空芯光子带隙光纤中表面模共振耦合效应和高温传感特性。实验上观测到光子带隙光纤中的表面模耦合效应,理论上诠释了该效应的产生原理。通过表面模耦合效应,对在光纤透射光谱中形成的多个共振峰进行温度和应变传感实验,观察到独特的温度和应变传感特性:共振峰在20~150 ℃之间低温不敏感,在150~260 ℃之间高温强度敏感。在150~260 ℃之间的温度敏感度达到-0.26 dB/℃,同时各处波长对温度不敏感;共振峰的强度和波长对应变不敏感。该空芯光子带隙光纤传感器解决了温度-应变之间交叉敏感的问题,可以有效实现高温环境下的强度实时检测,具有结构简单、使用方便等众多优点。
光学学报
2021, 41(13): 1306005
空芯光子带隙光纤(HC-PBGF)因其利用中空纤芯进行光传输而被视作集成光学网络中实现在线光纤腔的理想器件。使用普通电弧熔接机直接熔接HC-800-02型HC-PBGF和780-HP型单模光纤,详细分析了多个熔接参数对熔接质量的影响。实验得到:长度约1 m的HC-PBGF构成的在线光纤腔具有低损耗特性,其总插入损耗为2.59 dB。
光纤光学 空芯光子带隙光纤 光子晶体光纤 电弧熔接 熔接损耗 在线光纤腔 激光与光电子学进展
2020, 57(17): 170601
1 北京工业大学 激光工程研究院, 北京 100124
2 中国科学院物理研究所, 北京 100190
保偏光纤可以通过人为引入的高双折射，降低外界环境扰动引起的不可控双折射或偏振模色散给光纤传输带来的影响，在精密干涉传感、激光器系统、光通信等领域的应用中具有重要意义.相比传统实芯光纤受制于其纤芯高折射率材料的本征性缺陷，空芯光纤可以通过特定的微结构设计将光场限制在低折射率的空气纤芯中，具有低延迟、低色散、低非线性、高光致损伤阈值、抗干扰和可填充液体或气体的高灵活性等优势，因此保偏空芯光纤不仅能在上述应用领域发挥其性能的优势，还在高功率脉冲激光传输、生物化学分析等领域展现出广阔的应用前景.本文简要回顾了保偏空芯光纤的发展历程，对其中的设计思想和关键技术进行了讨论.
光纤光学 空芯反谐振光纤 空芯光子带隙光纤 保偏光纤 双折射 Fiber optics Hollow core antiresonant fiber Hollow core photonic band gap fiber Polarization maintaining fiber Birefringence 光子学报
2019, 48(11): 1148010
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
空芯光子带隙光纤拥有优越的环境适应性, 但光纤中的高阶模使其在多种场合下的应用受到制约。利用光子带隙内高阶模式在小于截止波长时被强烈抑制, 而基模在该波段可以稳定存在的特性, 提出了实现单模传输的方法, 并通过实验验证了该方法的可行性。在此基础上仿真分析了包层参数对单模传输波段的影响, 计算结果表明, 单模传输波段的带宽随材料折射率的增加而增加, 折射率由1.445提高到2时, 带宽增加2.9倍; 相对倒角由0.2提高到0.8时, 单模传输波段的工作波长移动310nm以上。
空芯光子带隙光纤 有限元法 空间光谱分析成像 高阶模式 单模传输 hollowcore photonic bandgap fiber finite element method spatially and spectrally resolved imaging highorder mode singlemode propagation
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
针对空芯光子带隙光纤内部结构提出了一种准确的建模方法，使用全矢量有限元法研究了纤芯结构变化对 光纤散射损耗的影响，对不同纤芯壁厚度以及不同纤芯半径的空芯光子带隙光纤进行了仿真计算，并以归一化分 界面场强表征散射损耗的大小。计算结果表明，纤芯壁相对厚度Tc≈4时，散射损耗可以得到较大的降低，同时散射 损耗也会随着纤芯半径的增大而减小。通过对纤芯结构进行优化，理论上在1.5~1.56 μm 波段范围内散射损耗可 比现有光纤减小50%。
光纤光学 空芯光子带隙光纤 有限元法 散射损耗 归一化分界面场强 结构设计 中国激光
2015, 42(11): 1105003
1 宁波大学 高等技术研究院 红外材料与器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 中山大学 电材料与技术国家重点实验室, 广州 510275
运用平面波展开法分析As2S3、Ge20Se65Sb15和As2Se3硫系玻璃光纤在不同空气填充率下的带隙分布图, 分析结果表明三种材料在空气填充率提高到0.75时, 光子带隙与空气线均出现交汇模式, 且带隙宽度大, 纤芯空气孔中适宜进行激光传输.运用有限元法分析不同纤芯孔直径的Ge20Se65Sb15硫系玻璃空芯光子带隙光纤的基模限制损耗和有效模场面积, 结果表明纤芯直径9.2 μm时限制损耗最低, 模场面积较小.通过优化光纤的结构参量, 适合于4.3 μm波长处高功率中红外激光传输的空芯光子带隙光纤, 其限制损耗为0.00472 dB/m, 有效模场面积为58.046 μm2.
光纤光学 空芯光子带隙光纤 平面波展开法和有限元法 硫系玻璃 低限制损耗 Fiber optics Hollow-core photonic crystal fiber Plane-wave expansion method and finite element met Chalcogenide glass Low confinement loss
燕山大学 电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
以空芯光子带隙光纤(PBGF)作为气体传感部件, 分析了PBGF 内部导光机制及其甲烷在纤芯缺陷区域的扩散特性, 设计多段PBGF 连接耦合弯曲成圈在一起组成的传感气室, 构建一套全光纤甲烷浓度检测系统。引入分布式反馈光纤激光器的调控机制, 采用谐波检测技术, 实现了整体对全光纤甲烷浓度检测系统的优化。经实验, 可证明由该传感部件组成的全光纤甲烷浓度检测系统能够实现甲烷浓度在线实时检测, 并且甲烷浓度与相对强度成良好的线性关系, 其线性度可达99.8%。
全光纤检测 空芯光子带隙光纤 甲烷浓度 谐波检测 all fiber detection PBGF methane concentration harmonic detection
1 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室, 北京 100191
2 北京航空航天大学微纳测控与低维物理教育部重点实验室, 北京 100191
光纤环形谐振腔是构成谐振式光纤陀螺的核心部件。提出了一种基于微光学结构的空芯光子带隙光纤环形谐振腔。建立了这种谐振腔的归一化传递函数模型，并且仿真分析了微光学结构参数与谐振腔特性和陀螺的极限灵敏度的关系。研制出基于微光学结构的空芯光子带隙光纤谐振腔的实验样品，完成了样品性能测试，在此基础上提出了下一步优化方案。研究结果为未来进一步研究基于微光学结构的谐振式空芯光子带隙光纤陀螺提供了理论和实验依据。
光纤光学 光纤环形谐振腔 空芯光子带隙光纤 微光学结构 谐振式光学陀螺
