江西师范大学物理与通信电子学院, 江西 南昌 330000
提出了一种双芯太赫兹光纤定向耦合器,两介质圆柱分别悬挂于两环形介质层的内部,形成光纤的两个纤芯,通过调节结构参数可使两偏振模耦合长度相等,从而实现了耦合长度与偏振无关的特性。耦合器件长度可为光纤模式耦合长度的1/2,器件长度较短,这降低了模式传输损耗。采用有限元法对耦合器进行了数值分析研究,结果表明:耦合器的长度为0.535 cm,x和y偏振模的传输损耗分别为0.23 dB和0.19 dB;在保证两偏振模的耦合长度差小于1%的前提下,其带宽可达到220 GHz。
光纤光学 微结构光纤 定向耦合器 太赫兹 耦合长度
为了得到短长度、高消光比的偏振分束器, 设计了一种基质为二氧化硅的六边形双芯光子晶体光纤(PCF)偏振分束器, 利用全矢量有限元法和模式耦合理论对偏振分束器的耦合长度、耦合长度比、消光比和带宽进行了数值分析。研究结果表明: 在波长1550 nm处, 偏振分束器的长度为103.05 μm, 消光比高达117.78 dB, 消光比大于20 dB的带宽为100 nm, 覆盖了整个C波段以及S和L的大部分波段。
光子晶体光纤 偏振分束器 有限元法 耦合长度 消光比 photonic crystal fiber polarization beam splitter finite element coupling length extinction ratio
西安邮电大学 电子工程学院, 陕西 西安 710121
在集成光学领域, 光波长分裂器对于光信号重新分配具有重要作用。设计了一种光波长分离器, 这种器件可以把波长为1.31 μm和1.55 μm光的TE模式分裂开。该器件基于两个平行铌酸锂光子线的定向耦合器的工作原理, 并且可以用有限元法设计和仿真。计算稳态场分布表明, 波长为1.31 μm与1.55 μm的光波在空间上可以分离开。并且, 1.31 μm波的透射率可以达到91%, 1.55 μm波的透射率可以达到86%。该器件的尺寸只有26.2 μm×10.1 μm。
集成光学 铌酸锂光子线 波长分裂器 耦合长度 integrated optics LiNbO3 photonic wire wavelength splitter coupling length 红外与激光工程
2016, 45(6): 0620003
湖南大学物理与微电子科学学院, 湖南 长沙 410082
光子晶体是以介电常数呈周期性排布且在光波长量级构建的人工微结构,利用其具有光子禁带这一特性可实现对光子的控制。引入线缺陷可形成光子晶体波导。以1.55 μm 的TE 偏振光作为光源，用时域有限差分法计算并分析了二维正方晶格光子晶体三光波导方向耦合器在不同波导间距下的耦合长度及耦合效率分别与介质柱折射率和介质柱半径的变化关系。研究结果为1.55 μm 耦合器的结构设计及制备提供一定的理论指导。
光学器件 光子晶体 耦合器 时域有限差分法 耦合长度 耦合效率
南京邮电大学光电工程学院，江苏 南京 210023
首先建立了一种由相同宽度的金属带，SiO2间隔层与Si介质脊构成的导体-夹层-硅基结构(Conductor-Gap-Silicon,CGS)的混合等离子激元波导模型，分析了间隔层的厚度以及波导宽度对模式传输特性的影响，提出了模场面积为0.08 μm2与430 μm传输距离的设计方案。在此基础上，通过增加数值模型中介质脊的宽度而形成硅基板CGS波导结构。数值分析结果表明：硅基板CGS波导可将模式有效折射率增至2.8，同时传输长度能够延长到1.74 mm。并且模场面积可以进一步压缩到0.025 μm2。此外，硅基板CGS波导制作更加简便，并可采用现有COMS制作技术完成，进而具有较大的实用前景。
混合等离子体波导 表面等离子体激元 传输长度 有效模场面积 耦合长度 hybrid plasma waveguide surface plasmon propagation length effective mode area coupling length
燕山大学 电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
以碲玻璃为基质材料, 设计了八边形双芯光子晶体光纤.应用全矢量有限元法和模式耦合基本理论分析了八边形双芯光子晶体光纤中结构参数对耦合长度特性的影响.计算结果表明: 在波长1.55 μm处, 减小孔间距可明显减小耦合长度, 但只略微改变相对耦合长度;增大空气孔及椭圆率可略微增大耦合长度, 但可明显增大相对耦合长度.当相对耦合长度为1时, 设计的偏振分束器性能较理想.在此基础上, 通过调节结构参数, 设计了一种较短传输长度、高带宽、高消光比的偏振分束器, 当光纤长度为139 μm时, X、Y方向偏振光即可实现分离, 消光比达到最小值-53.46 dB, 且在波长1.49 μm-1.61 μm, 即带宽为120 nm范围内, 消光比小于-20 dB, 与同类型的高消光比和极短长度双芯偏振分束器相比, 其综合性能比较突出.
光纤光学 双芯光子晶体光纤 全矢量有限元法 偏振分束器 耦合长度 消光比 碲玻璃 Fiber optics Dual-core photonic crystal fibers Full-vector finite element method Polarization splitter Coupling length Polarization extinction Tellurite glass
燕山大学 电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
分别以碲玻璃和SF6玻璃作为基质材料,设计制作了一种基于双折射效应的新型八边形晶格双芯光子晶体光纤偏振分束器。应用全矢量有限元法(FEM)分析了碲玻璃和SF6两种双芯光子晶体光纤中结构参数对双折射和相对耦合长度特性的影响, 数值模拟了碲玻璃和SF6两种偏振分束器的性能。结果表明: 在碲玻璃和SF6两种双芯光子晶体光纤中, 增大椭圆率可同时增加结构的双折射和相对耦合长度, 与SF6玻璃偏振分束器相比较, 碲玻璃偏振分束器具有更高的消光比和更大的带宽, 即在工作波长为1.55 μm处, 消光比达到最小值-53.46 dB, 且消光比小于-20 dB的带宽为120 nm。
光子晶体光纤 偏振分束器 全矢量有限元法 耦合长度 photonic crystal fibers polarization splitter full-vector finite element method coupling length
为了研究基于正方形晶格排列的五芯光子晶体光纤(PCF)的结构参量对耦合特性的影响, 根据其5个超模特征, 给出计算五芯PCF耦合长度的方法, 利用有限元法分析了传输波长以及光纤结构对五芯PCF耦合特性的影响。结果表明, 耦合长度随着传播波长的增加而减小, 随着孔间距、占空比、纤芯折射率以及纤芯直径的增加而增加。该研究为设计基于五芯PCF的定向耦合器提供了理论依据。
光纤光学 耦合长度 有限元法 耦合理论 fiber optics coupling length finite element method coupled-mode theory
为了研究混合导光双芯PCF(光子晶体光纤)的色散特性和耦合特性，设计了一种基于全内反射和光子带隙效应两种导光机制的混合导光双芯PCF。以耦合模式理论为基础，利用有限元法和平面波展开法分析其有效折射率、耦合长度和色散特性，并对定向耦合器和光波长选择器进行了研究。仿真结果表明，该混合导光双芯PCF具有大负色散特性和良好的耦合特性。研究成果对双芯PCF的耦合特性、传感特性的理论研究及其相关器件的实际应用具有重要的参考价值。
光纤光学 混合导光 耦合长度 色散特性 光器件 fiber optics hybrid light guiding coupling length dispersion characteristics optical device
南京邮电大学光电工程学院， 江苏 南京 210046
基于平行波导横向耦合理论，研究了矩形气孔阵列的双芯光子晶体光纤的耦合特性，并数值计算了光纤的结构参量对耦合特性的影响。计算结果表明，在1.55 μm波长处，增大竖直方向气孔间距或缩小横向气孔间距并减小气孔半径都有利于减小光纤的耦合长度，耦合长度差也相应减小。在此基础上设计了一种基于矩形晶格结构具有耦合长度极短(125 μm)、分离比较高(38 dB)的偏振分束器。
光学器件 双芯光子晶体光纤 耦合长度 偏振分束器 分离比
