设计了一种基于阿基米德螺线的新型螺旋光子晶体光纤, 该光纤以二氧化硅为基底材料, 包层由24个螺旋臂组成, 每个螺旋臂包含11个小空气孔, 纤芯设有大空气孔, 包层与纤芯中间的环形区域用于传输轨道角动量模式。该结构在1300~1800nm波段上可支持22种轨道角动量模式稳定传输, 在1550nm波长下, 有效折射率差最高可达 2.89×10-3, 色散系数最低可达 66.4ps/(nm·km), 非线性系数最低可达2.17W-1·km-1, 且1500~1600nm 波段上的色散值变化均小于15.15ps/(nm·km)。此螺旋光子晶体光纤不仅结构简单, 且具有低非线性、色散平坦的性能, 为螺旋光子晶体光纤的设计提供了思路。

光子晶体光纤(PCF)的内部结构及材料对传输特性具有重要影响, 构建PCF的仿真模型能够快速有效地优化光纤的设计和缩短研制周期。采用全矢量有限元数值仿真方法, 研究了结构参数对PCF的模式特征、双折射、非线性、有效面积、限制损耗和色散等特性指标的调控机制, 并通过在纤芯中心位置引入轴对称分布椭圆形空气孔的方式, 实现了在1.55 μm波长处获得了高达1.39×10-2的双折射、10-7量级的限制损耗和高达37.98 W-1·km-1、44.39 W-1·km-1的HE■■、HE■■非线性系数, 以及在0.8~2.0 μm波段获得了色散值为-1.3±0.3 ps/(km·nm)的近零色散平坦。

提出了一种高速率、偏振复用、正交幅度调制信号的色散平坦光纤传输系统, 传输速率分别为160 Gbps和256 Gbps, 调制格式为PM-16QAM。实验研究了色散平坦光纤链路系统的传输特性, 并分别与非零色散位移光纤和标准单模光纤链路传输特性做了比较。实验结果表明, 较低输入光功率情况下, PM-16QAM信号在160 Gbps传输50 km时, 经色散平坦光纤传输后的误差矢量幅度EVM优于经非零色散位移光纤传输情况0.5%, 比特误码率BER优于非零色散位移光纤传输情况两个数量级; 色散平坦光纤链路能更好地衰减旁瓣噪声; 256 Gbps传输50 km和75 km时, 仅在色散平坦光纤链路传输后可以较好地解调出信号; 传输距离越长, 保持较好特性时输入光功率范围越小。对比160 Gbps和256 Gbps情况, 高速率PM-16QAM信号在色散平坦光纤链路的传输特性优于非零色散位移光纤和标准单模光纤链路的传输特性, 传输速率越高、传输距离越长效果越明显。

针对产生光频率梳需要锁模激光种子源的难题, 创新性提出了用连续光源产生光频率梳, 应用色散平坦高非线性光纤解决了宽光谱范围四波混频和级联四波混频效应的相位失配问题。通过实验展示了近40 nm带宽的光频率梳的形成, 光频率梳由低功耗, 低成本, 连续波种子(法布里-珀罗激光器)生成, 无需脉冲激光源。连续光频率梳是由在420 m零色散色散平坦高非线性光纤中的四波混频和级联四波混频效应产生的, 频谱带宽扩展了近10倍, 频率梳的线宽为4.3 MHz。

布拉格(Bragg)光纤是一种由空气孔芯和高低折射率介质层交替周期性排列的包层两部分构成的一维光子晶体光纤。文章以碲酸盐玻璃为基质，设计了一种高折射率实芯Bragg光纤，并采用传输矩阵法和Bloch理论数值研究了其传输特性，获得了实芯Bragg光纤的结构参数与其模场分布、色散特性等传输特性之间的关系。仿真实验结果表明，当Bragg光纤的填充率d/Λ为0.15、半径R为5 μm、折射率差Δn为0.02、周期Λ为1.2 μm和包层为3个周期时，Bragg光纤在1 064 nm零色散波长附近具有最平坦的色散特性，同时还具有非常低的传输损耗，损耗值为0.775 dB/m。

设计了一种以As2S3玻璃为纤芯、碲酸盐玻璃为微结构包层的锥形光子晶体光纤.该结构光纤兼具阶跃折射率光纤和光子晶体光纤双重特性, 具有色散调制灵活性高且限制损耗低等优点.模拟结果表明：优化该光纤结构包层空气孔径、孔间距、纤芯直径等特征参量, 使参量之间及参量与椎区长度之间满足特定线性关系时, 该光纤在2～4.5 μm中红外波段呈现色散平坦渐减特性; 对该光纤微包层进行折射率~1.6的液体油填充处理, 色散曲线对称性及平坦性得到进一步优化.该光纤在超短脉冲压缩与展宽、色散波、光孤子及中红外平坦超连续谱产生等领域应用潜力巨大.

基于非线性薛定谔方程，数值研究了色散平坦渐减光纤中非线性啁啾脉冲的传输及超连续谱的产生。研究结果表明，初始啁啾对脉冲传输及超连续谱产生的影响与泵浦条件和光纤参量的选取有很大关系。当色散平坦渐减光纤具有小的归一化二次色散系数时，适当的正啁啾能显著增强超连续谱的带宽，而负啁啾和太大的正啁啾抑制超连续谱的带宽。能增强超连续谱带宽的正啁啾有一个较宽的范围，但随着输入脉冲孤子阶数的降低，该范围将变窄。当色散平坦渐减光纤具有大的归一化二次色散系数同时输入脉冲为低阶孤子时，初始啁啾对超连续谱带宽的增强效果不明显，初始啁啾接近为0时可产生最宽的超连续谱。

利用矢量光束传输法研究了温度对填充乙醇六边形折射率引导型光子晶体光纤色散、有效面积和非线性的影响。结果表明：温度对色散平坦区域内的色散影响比较大，而且温度越高，色散平坦区间变宽；在平坦区域的短波长范围，温度对色散的影响变化更大，曲线更平坦；温度在长波长比短波长处对光模场面积和非线性系数影响更大；在平坦区域某一波长处，随温度的增加，色散和非线性系数随着升高。研究结果为设计新型光通信和光传感器件提供了理论参考。

优化设计了一种由两种不同大小的空气孔组合而成的双包层六边形空气孔格点光子晶体光纤，并研究了该类光纤的几何参数对色散的影响。结果表明调节包层中空气孔的大小及孔间距,可以容易调节色散及低色散带宽、非线性等性能。优化设计可以得到在C和L波段近零平坦的色散，其色散变化为(0±1.8) ps·km-1·nm-1。

基于广义非线性薛定谔方程, 通过数值模拟研究了色散平坦渐减光纤中抽运残余成分的抑制.研究结果表明: 超连续谱的形状由输入孤子阶数N、归一化二次色散系数Δ2和归一化有效光纤长度ξ0决定.对于给定N和给定Δ2值的抽运脉冲, 超连续谱的形状依赖于ξ0.通过合适地选取ξ0, 抽运残余成分可以被有效地抑制并获光谱平坦度令人满意的超连续谱.为了获得参量ξ0的最优值, 引入了S因子评价超连续谱的波动.S因子值越小, 所产生的超连续谱越平坦.保持N和Δ2不变, 计算了ξ0取不同值时, 所产生的超连续谱的S因子.当S因子达到最小值时, 抽运残余成分被抑制到最大限度, 并获得最平坦的超连续谱, 相应的ξ0值即为归一化参量ξ0的最优值.计算了N在1.0~2.2范围内, ξ0的最优值.结果显示当N降低时, ξ0的最优值增大.为产生具有弱残余抽运成分的超连续谱, 抽运脉冲采用低阶孤子要优于高阶孤子.