正方形空气孔光子晶体光纤的设计和特性分析
【上海理工大学张学典教授课题组】

        光纤技术的发展在科研与产业化领域一直备受瞩目。传统光纤由于可供自由设计的性质非常有限,限制了光纤技术的进一步发展。光子晶体光纤(Photonic crystal fiber, PCF)是将传统光纤与光子晶体的概念相结合而发展的一种新型光纤。PCF由于在截面上拥有按一定规则排列的空气孔结构和较为复杂的折射率分布,可以通过改变空气孔的大小、排列方式以及向空气孔填充介质的方式,改变输出光的特性,因而具有广阔的应用前景。目前,PCF已成为光通信和光电子领域的研究热点。

        上海理工大学张学典教授研究团队提出了一种包层空气孔为正方形、纤芯为椭圆空气孔的PCF,该PCF结构稳定且不易变形。利用基于完美匹配层的有限元法,在0.6 μm~2.0 μm的波段范围内,分别研究纤芯椭圆率变化和不同填充介质对双折射、色散和非线性的影响并分析产生影响的原因。研究表明:双折射值随着椭圆率的增大而增大;而椭圆率对色散影响不明显,但随着波长的增大,趋于近零色散平坦;当波长小于1.33 μm时,非线性系数随着椭圆率的增大而增大;而当波长大于1.33 μm时,非线性系数随着椭圆率的增大而减小。采用形成能力和热稳定性良好的四种折射率不同的氧化物玻璃,包括TT(20Tl2O.80TeO2)、TS(20Tl2O.80Sb2O3)、PG(80PbO.20Ga2O3)和硫化物硫化砷(As2S3),分别作为椭圆纤芯的填充物,结果表明:填充材料折射率越大,双折射值、色散值和非线性系数均越来越大,并且数值均高于传统光纤的相应数值。上述研究成果在超连续谱的产生、光纤通信等领域具有广阔的应用前景。

椭圆纤芯、正方形空气孔包层的PCF结构


 

研究团队简介
上海理工大学张学典教授团队隶属于庄松林院士团队,近年来该团队一直致力于光纤传感领域的研究工作。近五年来,该团队在Optics LettersOptics CommunicationsOptical Materials等国内外期刊发表了相关研究成果。在该领域,团队完成973计划子课题1项、科技部项目2项,企事业委托项目多项。另一方面,团队也在该领域申请和获批了多项专利,并面向实际应用开展基于光纤技术的应用研究和开发工作。

相关论文
张学典,袁曼曼,常敏,等. 正方形空气孔光子晶体光纤特性分析[J]. 光电工程,2018,45(5): 170633
DOI:10.12086/oee.2018.170633