设计了一种用于产生超连续谱的新型高非线性光子晶体光纤结构,其光纤包层空气孔大小从内到外呈凹型分布,将最内层空气孔直径d1和最外两层空气孔直径d5和d6设置为较大值以分别获得高非线性和低损耗特性; 为了降低光纤制作难度,将第二至第四层空气孔直径设置为相同。基于多极法分析了光纤包层空气孔间距Λ和各层空气孔直径对色散、非线性系数和损耗的影响规律,并设计了最佳结构参数。仿真结果表明,该结构光纤双零色散点分别为798和1260nm,色散极大值为71.6ps·nm-1·km-1,在0.72~1.3μm波长范围内,色散斜率小于0.81ps·km-1·nm-2,780nm处的非线性系数为153.2W-1·km-1,800nm处损耗为3.1×10-3dB/km,性能相比市场同类型光子晶体光纤更具优势。

提出了一种工作于太赫兹波段的、基于半圆柱形“不平坦”InSb基底结构的混合等离子体波导.分析了半导体材料InSb的相对介电常量随工作频率的变化特性, 重点研究了该混合波导以及两种不同形变结构的有效模场面积、传播长度、品质因数、能量分布等随波导工作频率、波导尺寸的变化情况.结果表明, 本文提出的“不平坦”基底结构波导可以达到与传统结构几乎相同的传播长度, 有效模场面积较传统结构减小了一个数量级以上, 具有非常强的模场约束性, 适合于太赫兹频段高密度集成电路中的应用.

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。

设计了一种结构简单的高非线性低限制损耗PCF(光子晶体光纤), 其空气孔直径d=0.2 μm, 孔间距Λ=1.8 μm。数值计算结果表明, 通过在包层区域引入独特的四孔单元结构, 在波长1.55 μm处, 非线性系数可达83.3 W-1km-1, 限制损耗低于10-9 dB/m, 有效模场面积仅为1.46 μm2, 该PCF的高非线性效应与低限制损耗特性可以应用于超连续谱产生、非线性光学和光通信系统等领域。

设计了一种包层为椭圆孔排列的六边形结构SF57软玻璃光子晶体光纤,在其纤芯区域引入了菱形排列的四个小椭圆孔.利用有限元法模拟了该光子晶体光纤的双折射和有效模场面积,获得了波长1.55μm处双折射为1.01×10-1,x和y偏振的有效模场面积分别为1.52μm2、1.55μm2的高双折射低有效模场面积光子晶体光纤.且对该光纤的结构参数进行了实验制作的容差性分析,得到了较大的制作容差对其光纤的双折射影响很小,具有较好的偏振稳定性.

稀土掺杂光子晶体光纤是制作高功率光纤激光器、光纤放大器的理想材料, 对稀土掺杂光子晶体光纤的研究尤为重要。提出了一种新型的空气孔八边形双排排列的光子晶体光纤, 并对其部分特性进行分析。研究了该种光纤的掺杂纤芯直径、掺杂折射率和波长的变化对有效模场面积和有效折射率的影响, 并计算了该稀土掺杂光纤作为光纤放大器时的重叠因子的特性。为以后更好的制作光纤放大器等光器件产生了一定的理论基础。

设计了一种高双折射低有效模场面积的光子晶体光纤(PCF)。利用有限元法依次研究了三层椭圆孔光子晶体光纤在纤芯中引入矩形排列的四个小椭圆孔，及其基础上再引入一个中心椭圆缺陷孔的五个小椭圆孔情况下的双折射和有效模场面积。研究表明：纤芯区域矩形排列的小椭圆孔主导了光子晶体光纤的双折射，中心椭圆缺陷空气孔中填充高折射率的材料可以获得更高的双折射和更低的有效模场面积，且波长1.55μm处光纤双折射达到了5.49×10-2，x与y偏振有效模场面积分别低至3.05μm2、2.42μm2。

利用有限元数值分析方法研究了混合型PCF（光子晶体光纤）的色散、损耗、模场面积和非线性等特性。仿真结果表明：混合型PCF在0.6～2.0 μm波长范围内的限制损耗降至10-6 dB/m量级，并且满足双零色散点的需求，同时这种混合型PCF的模场面积在长波长范围内达到了755 μm2,非线性系数为1.039×10-4 m-1W-1,适合用做高功率窄线宽光纤激光器的增益介质。

The numerical study on the performance of large-mode-area (LMA) fibers coiled onto a spool in high power amplifier is carried out as the bend-induced distortion of fiber modes severely affects the output characteristics of amplifier systems. The variations for high-order mode bend distortion with different orientations relative to the plane of the fiber bend are observed and shown. Concerning the practical applications, a bend-resistant LMA fiber with the mode area larger than 1000 \mum2 and excellent high-order mode suppression is designed completely by optimizing the refractive index (RI) and dopant profile. The results indicate that a hybrid profile of RI and dopant is the best choice for LMA fiber with coiling.

以多极法理论为基础,提出了一种阶梯结构的光子晶体光纤。通过改变其内四层的三个结构参量(内两层孔孔径,外两层孔孔径和孔间距),实现色散绝对值在1.1～1.8 μm 的波段内变化仅为0.05～2 ps/(km·nm)的平坦甚至超平坦的特性。在此情况下对其有效模场面积进行数值模拟,充分展示了达到色散平坦和超平坦时,相对于传统光子晶体光纤,此种结构的光纤对芯区内光场的局域能力有很大程度的增强,其有效模场面积可仅为传统光子晶体光纤的1/30。最后,经过大量的数值计算和理论分析,归纳出若要此种阶梯结构的光纤在1.1~1.8 μm的波段内达到色散平坦甚至超平坦特性的设计依据。