作者单位
摘要
1 中国计量大学光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
2 中国电子科技集团公司第四十一研究所,山东 青岛 266555
采用光束传播法对双芯光子晶体光纤中光纤结构参数对纤芯间耦合效率的影响进行分析。首先,根据双芯耦合原理,使用最小二乘法对波导间的耦合系数等参数进行估计,明确孔间距、纤芯折射率差、中央空气孔直径比例、纤芯直径比例、空气孔直径比例和空气孔对称度等参数对双芯光子晶体光纤耦合比及耦合区长度的调节作用,提出一种基于双芯光子晶体光纤的耦合器性能粗调与微调设计方法。然后,根据这一耦合器设计方法,提出一种非对称的双芯光子晶体光纤宽带定向耦合器。该耦合器在1.31~1.55 μm区间实现了50%±5%的耦合比,带宽为240 nm,并具有3 mm的超短耦合长度。本研究成果可为光纤宽带定向耦合器的高效设计提供有意义的参考。
光纤光学 双芯光子晶体光纤 光束传播法 耦合效率 宽带耦合器 
光学学报
2024, 44(5): 0506004
作者单位
摘要
中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 201800
掺镱大模场光子晶体光纤在高峰值功率超快激光放大器中有着重要的应用价值,其研究得到了广泛关注。首先简要介绍了国内外掺镱大模场光子晶体光纤的研究进展,阐述了掺镱大模场光子晶体光纤的基本设计思路,对比说明了保偏型掺镱光子晶体光纤的设计制备方法。重点介绍了近十年来中国科学院上海光学精密机械研究所在掺镱大模场光子晶体光纤方面的研究进展。包括掺镱大模场光子晶体光纤的纤芯折射率大小和均匀性控制、光子晶体光纤微结构控制等关键技术。采用自主研制的四种芯径为40~100 μm的掺镱大模场光子晶体光纤开展了皮秒脉冲激光放大实验。利用40 μm芯径的保偏掺镱光子晶体光纤实现了平均功率为100 W、光束质量因子(M2)小于1.4的稳定输出,偏振消光比为12 dB。利用100 μm芯径的保偏掺镱大模场光子晶体光纤实现了M2小于1.5的高光束质量脉冲放大。上述研究为掺镱大模场光子晶体光纤的国产化应用奠定了基础。
光纤光学 掺镱石英玻璃 大模场光子晶体光纤 皮秒脉冲激光放大 光纤激光 
中国激光
2024, 51(1): 0106001
作者单位
摘要
1 廊坊师范学院电子信息工程学院, 河北廊坊 065000
2 北华航天工业学院电子与控制工程学院, 河北廊坊 065000
太赫兹通信兼具微波通信和光波通信的优势, 是解决通信容量紧缺难题的最有效技术手段之一。针对太赫兹波段吸收损耗严重及抗外在扰动差, 难以支持长距传输问题, 设计了一种基于环形光子晶体光纤(PCF)结构的新型太赫兹光纤。以现有常见材料作为光纤基底材质, 通过创新光纤结构中空气孔排布方式, 抵消材料高吸收损耗, 以支持高性能轨道角动量(OAM)模式传输。选择最优参数, 实现 6个 OAM模式群的高模式质量、低限制损耗和宽带宽的稳定传输。在 0.2~0.9 THz宽波段内, 实现模式纯度超过 88.9%, 限制损耗小于 10-7 dB/m。通过软件仿真实验设计, 解决了太赫兹与 OAM技术相结合的关键问题, 为模分复用(MDM)技术在太赫兹通信系统的应用奠定了理论研究基础。
轨道角动量 太赫兹通信 光子晶体光纤 模分复用 Orbital Angular Momentum terahertz communication Photonic Crystal Fiber Mode Division Multiplexing 
太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(12): 1417
作者单位
摘要
1 华北电力大学 电气与电子工程学院,河北 保定 071003
2 华北电力大学 河北省电力物联网技术重点实验室,河北 保定 071003
3 华北电力大学 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室,河北 保定 071003
设计了一种新型多层次结构的光子晶体光纤,其纤芯区域由大、小两种椭圆空气孔包围而成,而所有空气孔是沿y轴堆叠排布且关于x轴对称的。利用有限元法对该光纤的二维模型进行数值分析,在施加0~40 MPa的横向压力的情况下将温度的研究范围扩大到−100~100 ℃,在低温高压力的情况下计算不同温度和压力下的双折射频移以研究其温度和压力传感特性。研究表明,该光子晶体光纤的压力灵敏度可以达到1.021 GHz/MPa,其温度灵敏度为0.554 3 MHz/℃,与目前最优的具有“三明治”结构的光子晶体光纤设计的灵敏度为692 MHz/MPa的横向压力传感系统相比提高了328 MHz/MPa,适用于海底、土木等恶劣环境的高精度监测。
光子晶体光纤 布里渊动态光栅 有限元法 横向压力传感 photonic crystal fiber Brillouin dynamic grating finite element method transverse pressure sensing 
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230137
作者单位
摘要
北京控制工程研究所,北京100094
光子晶体光纤利用周期性的空气孔结构实现导光,具有空间辐射不敏感的特性。在光子晶体光纤空间应用中,存在与保偏尾纤熔接损耗大、熔接强度低的问题。本文对光子晶体光纤与保偏光纤熔接工艺进行研究。首先分析了光子晶体光纤和保偏光纤熔接损耗的产生机理,结合有限元仿真获得了熔接损耗与熔接功率和熔接时间的关系,并通过熔接实验对计算结果进行了验证。在此基础上,重点关注了熔接功率和时间对熔接强度的影响,通过实验获得了最优的熔接功率和熔接时间。最后,通过提升光纤端面质量、偏移加热位置、优化熔接参数等方法进一步提升了熔接点质量,实现了低熔接损耗与高熔接强度的平衡。利用优化后的熔接参数开展了光子晶体光纤与保偏光纤熔接实验,实验结果表明,平均熔接损耗达到0.82 dB水平,均低于1 dB,平均熔接强度139 kpsi,均大于100 kpsi,满足宇航空间应用的光纤低损耗、高可靠的熔接需求。
光子晶体光纤 保偏光纤 熔接损耗 熔接强度 Photonic Crystal Fiber(PCF) Polarization-Maintaining Fiber(PMF) splice loss splice strength 
光学 精密工程
2023, 31(24): 3540
作者单位
摘要
长春大学 理学院,长春 130022
为更好地解决少模光纤在传输中由于模式耦合过强而导致的信号串扰问题,对弱耦合光子晶体光纤中的线偏振(LP)模式以及矢量模的传输特性进行了研究,设计了一种可传输20种矢量模的双包层光子晶体光纤。通过有限元法模拟光纤参数对相邻LP模式间最小有效折射率差的影响,优化结构参数,使光纤支持稳定传输6种LP模式并满足弱耦合要求。最后分析了不同模式的有效模场面积、弯曲损耗。结果表明:各模式之间的最小有效折射率差达到1.12×10−4,表明模式间的串扰可忽略。基模有效模场面积达到了1040 μm2,且其相应的非线性系数低至1.07×10−10。此外,在弯曲半径为38 mm时,各模式弯曲损耗最大仅为5.65×10−8 dB/km。与主流的单模光纤及少模单包层相比,该结构具有大模场面积,低模间串扰及更强的抗弯曲能力,丰富了空分复用技术的开发思路。在大数据、虚拟现实、网络传输容量等新兴业务以及光纤传感方面提供了有益的参考方案。
光子晶体光纤 弱耦合少模 空分复用技术 大模场面积 抗弯曲 photonic crystal fiber weakly coupled few mode space division multiplexing technology large mode field area bending resistance 
强激光与粒子束
2023, 35(12): 121002
Yongwei Shi 1,2,3Nan Zhao 1,2,3,*Jiantao Liu 2,3Jiaming Li 2,3,4[ ... ]Guiyao Zhou 2,3
Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronics and Information, Guangdong Polytechnic Normal University, Guangzhou 510665, China
2 Guangdong Provincial Key Laboratory of Nanophotonic Functional Materials and Devices, South China Normal University, Guangzhou 510006, China
3 Guangzhou Key Laboratory for Special Fiber Photonic Devices, South China Normal University, Guangzhou 510006, China
4 Guangdong Provincial Key Laboratory of Industrial Ultrashort Pulse Laser Technology, Shenzhen 518055, China
In this work, we demonstrated the double-cladding Tm/Al co-doped photonic crystal fiber (PCF) by laser additive manufacturing. The measurements show that the fiber was heavily doped with a Tm3+ concentration of 2.13% (mass fraction) without any crystallization. The splicing property of PCF was studied, and the integrity of the PCF air holes was maintained during the splicing process. The PCF with combiner pigtail has a splice loss of 0.23 dB. The all-fiber Tm/Al co-doped PCF amplifier system achieves a slope efficiency of 13% at 1948 nm with an output laser power of nearly 1.59 W. An upconversion process was also observed under laser excitation with a 1064 nm pulse. This method provides a new idea to deal with Tm-doped PCF fabrication and promotes the promising application of 2 µm fiber lasers.
photonic crystal fiber laser laser amplification 
Chinese Optics Letters
2023, 21(12): 121401
范灏然 1陈曦 1,*郑磊 1谢文侠 1[ ... ]郑权 1,2
作者单位
摘要
1 长春新产业光电技术有限公司, 吉林 长春 130012
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了提高半导体检测用深紫外激光器的检测效率,需要搭建高功率、高重频257 nm深紫外皮秒激光器实验平台。本文以光子晶体光纤放大器和腔外四倍频结构为基础,进行了257 nm深紫外激光器的实验研究。种子源采用中心波长为1030 nm、脉冲宽度为50 ps的光纤激光器,输出功率为20 mW,重复频率为19.8 MHz。通过两级掺镱双包层(65 μm/275 μm)光子晶体光纤棒放大结构,获得了1030 nm高功率基频光。利用二倍频晶体LBO、四倍频晶体BBO,采用腔外倍频方式获得了257 nm深紫外激光。种子源通过两级光子晶体光纤放大器输出的1030 nm基频光,输出功率为86 W,经过激光聚焦系统后,倍频得到二次谐波515 nm激光输出功率为47.5 W,四次谐波257 nm深紫外激光输出功率为5.2 W,四次谐波转换效率为6.05%。实验结果表明,该结构可获得高功率257 nm深紫外激光输出,为提高半导体检测用激光器的检测效率提供了新思路。
深紫外皮秒激光器 高重频 光子晶体光纤放大器 四次谐波产生 deep ultraviolet picosecond laser high repetition frequency photonic crystal fiber amplifier fourth harmonic generation 
中国光学
2023, 16(6): 1318
作者单位
摘要
中北大学 仪器与电子学院 省部共建动态测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
结构健康监测、医疗诊断分析、气压检测以及**工程应用等领域对压力的高灵敏度探测要求越来越高。光纤传感器由于其体积小、灵敏度高及抗电磁干扰等优点被广泛应用于压力测量。针对石英材料的杨氏模量较高,传统实芯光纤压力传感器的受压变形量较小,导致测量灵敏度很难提高。文章提出了一种基于游标效应的双Sagnac干涉环式光纤压力传感器。传感器由保偏光子晶体光纤(Polarization Maintaining Fiber, PM-PCF)作为敏感单元实现Sagnac干涉并通过不同PCF长度实现针对压力增敏特性的游标效应。传感器分别采用在单模光纤中嵌入PM-PCF形成传感器的参考单元和压力敏感单元,并对Sagnac环的感压部分进行封装,通过实验对并联型Sagnac环压力传感器的压力特性进行研究。实验结果表明在压力范围为0~2.4MPa内,压力传感器最大灵敏度为-54.491nm/MPa,分辨率为0.367kPa。相比无游标效应的Sagnac环压力传感器,其压力灵敏度放大了16.7倍。此外,传感器具有制造简单、结构坚固、运行稳定的优点,为高灵敏度压力传感器提供了一种替代设计方案。
保偏光子晶体光纤 萨格纳克干涉 游标效应 光纤压力传感器 polarization-maintaining photonic crystal fiber sagnac interference vernier effect fiber optic pressure sensor 
光学技术
2023, 49(3): 305
作者单位
摘要
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 20093
为了提高低折射率化学物质监测的灵敏度,采用光子晶体光纤设计了一种在开环内镀有金薄膜的表面等离子体共振传感器。利用仿真软件COMSOL Multiphysics 5.6系统地研究了开环半径、内部气孔大小、金属膜层厚度对该传感器灵敏度的影响。最终在2800~4700 nm的工作波段内设计出折射率检测范围为1.26~1.31的低折射率传感器。该传感器平均灵敏度高达22 500 nm/RIU,最高灵敏度达33 000 nm/RIU。在七氟醚、卤代醚、含氟有机物等低折射率物质检测方向具有较好的应用前景。
低折射率检测 光子晶体光纤 高灵敏度 宽工作波段 low refractive index monitoring photonic crystal fiber high sensitivity wide working band 
光学仪器
2023, 45(4): 80

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