引用本文:
李晓龙,张世宏,刘先国. 色散平坦高非线性超低损耗双折射PCF有限元仿真[J]. 光通信技术,2020,44(1):58-62.
李晓龙1,张世宏1*,刘先国2
(1.安徽工业大学 材料科学与工程学院,安徽 马鞍山243032;2.杭州电子科技大学 创新材料研究院,杭州 310012)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要: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。
关键词:光子晶体光纤;色散平坦;限制损耗;高非线性
中图分类号:TN818 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)01-0058-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.01.014
0 引言
全内反射型光子晶体光纤(TIR-PCF)[1],由于其结构设计的灵活性和光学特征的独特性,具有无限单模传输、大的模式面积、低限制损耗、高双折射、高非线性和色散可调等优异特性,受到广泛的关注和研究。但是,目前由于非线性和有效模面积的相互制约关系,PCF往往无法同时兼容多种优良的传输性能。目前,国内外学者做了大量的仿真研究,如合肥工业大学的杨天宇等人[2]通过数值分析不仅达到数量级为10-2的高双折射,在近红外波段内的1000~1550 nm之间还具有良好的负平坦色散特性,可用于色散补偿;北京航空航天大学的荣耕辉等人[3]设计一种新型结构PCF数学模型,在1550 nm处可以获得高达7.66×10-3的双折射和低至12 ps/(km·nm)的色散值,同时在800~1600 nm波长范围有着极低的限制损耗,但是性能多是单一或者互相无法兼容。因此,利用全矢量有限元法对PCF基模[4]分布进行仿真不仅可以建立上述综合指标的评价体系,还可以针对色散平坦特性[5]、高非线性[6]、低限制损耗[7]和高双折射[8]等指标(这些指标是PCF设计中的焦点问题)进行优化设计研究。
本文采用全矢量有限元仿真设计一种色散平坦的高非线性超低损耗双折射PCF,引入对称性的双椭圆空气孔[9],研究PCF的基模电场、双折射特性、非线性特性、有效面积特性、限制损耗和色散特性。
3 结束语
本文采用全矢量有限元数值仿真,设计了一种色散平坦的高非线性超低损耗双折射PCF,通过设置椭圆形空气孔间距,实现了光纤在综合性能指标方面的良好性能,建立了一套准确、高效且具备指导意义的有限元仿真模型及PCF性能评价体系。本研究所采用的研究方法和建立的PCF有限元模型的具有极高的研究理论价值和广泛的应用价值,在光纤通信、光纤传感和功能型光纤器件等应用领域有着重要的意义。