光子晶体光纤的非线性效应都强于普通光纤

光子晶体光纤

摘要：光子晶体光纤由于其特殊的周期性结构，区别于传统的光纤，而具有无截止单模传输、可调节色散、高双折射、偏振控制、大的有效面积单模运转和小的有效面积高非线性等特性及其广泛的应用前景，成为当前国内外研究的热门课题。本文主要介绍光子晶体光纤的基础知识，并介绍利用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟仿真光子晶体光纤中传输时各种模式的场分布以及有效折射率。为以后的进一步研究打下基础。 关键词：光子晶体光纤 COMSOL Multiphysics

一 光子晶体与光子晶体光纤 1.1 光子晶体

光子晶体是一种折射率变化周期为光波长量级的具有光子禁带的人工材料。最早的光子带隙思想由E.Yablonovitch和S.John提出。当电磁波在光子晶体中传播时，具有透射、反射和折射，电磁波受到电子周期性布拉格散射的调制，形成类似于电子的能带结构，我们称之为光子能带。在晶格常数与介电常数的比值取值适当的情况下，光子能带与电子能带相似。光子能带间可能存在禁止某些频率电磁波的频率区域，我们将这些频率区域命名为光子带隙，这是光子晶体最根本的特征。因此人们又将光子晶体称为光子带隙材料。

光子晶体的结构可以这样理解，正如半导体材料在晶格结点（

光子晶体光纤

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．０９

科技创新导报

光子晶体光纤在光纤传感中的应用

陈罗湘１，２

（１．湘潭职业技术学院信息工程系　湖南湘潭　４１１１０２　　２．湖南大学计算机与通信学院　　长沙　４１００８２）

摘　要：近年来，随着人们对光纤传感和光子晶体光纤研究的不断深入，光子晶体光纤在光纤传感中的应用正成为一个新的研究热点。本文介绍了光纤传感和光子晶体光纤的相关内容，重点结合光子晶体光纤的特点介绍了光子晶体光纤在偏振型光纤传感和布拉格光栅传感中的应用。

关键词：光子晶体光纤；光纤传感；　高双折射；布拉格光栅

中图分类号：Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ｃ）－００１３－０２

１　引言

光纤传感测量方法是一种利用光纤作为光信号的传输和传感媒质，根据被测物理量的变化对光信号的某一性质进行调制，并检测出来被测物理量变化的测量方法。自从光纤传感器问世以来，由于其相对于普通机械类和电子类传感器相比具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点。因而广泛地应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域的应力应变及温度测量等

光子晶体光纤

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．０９

科技创新导报

光子晶体光纤在光纤传感中的应用

陈罗湘１，２

（１．湘潭职业技术学院信息工程系　湖南湘潭　４１１１０２　　２．湖南大学计算机与通信学院　　长沙　４１００８２）

摘　要：近年来，随着人们对光纤传感和光子晶体光纤研究的不断深入，光子晶体光纤在光纤传感中的应用正成为一个新的研究热点。本文介绍了光纤传感和光子晶体光纤的相关内容，重点结合光子晶体光纤的特点介绍了光子晶体光纤在偏振型光纤传感和布拉格光栅传感中的应用。

关键词：光子晶体光纤；光纤传感；　高双折射；布拉格光栅

中图分类号：Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ｃ）－００１３－０２

１　引言

光纤传感测量方法是一种利用光纤作为光信号的传输和传感媒质，根据被测物理量的变化对光信号的某一性质进行调制，并检测出来被测物理量变化的测量方法。自从光纤传感器问世以来，由于其相对于普通机械类和电子类传感器相比具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点。因而广泛地应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域的应力应变及温度测量等

光纤的非线性传输特性

一． 简介

光纤

1. 光纤的历史

早期的工作：为了得到低损耗的光纤

早在19世纪，人们已经知道光纤中引导光传播的基本原理是全内反射。 在19世纪20年代制成了无包层的玻璃纤维。

直到20世纪50年代，才知道包层的使用能够改善光纤的特性，从而诞生了光纤光学这个领域。

20世纪60年代，当时主要为了利用光纤束传输图像，促使光纤领域迅速发展。这些早期的光纤按现在的标准看具有很高的损耗，用当时最好的光学玻璃做成的光学纤维损耗也达到1000dB/km。

1966年高锟解决了石英光纤损耗的理论问题，提出了研制低损耗光纤的可能性。

1970年，美国康宁公司研制成功了第一根低损耗光纤，石英光纤的损耗下降到了20dB/km的水平。

随着光纤制造技术的进一步发展，到1979年，已将1.55un波长附近的损耗降低到约0.2dB/km。

低损耗光纤的获得，使得光纤中光传输时的非线性效应相对而言变得不可忽略。

早在1972年，已有人研究了单模光纤中的受激拉曼敞射和受激布里渊散射，

这些上作促进了诸如光感应双折射、参量四波混频和白相位调制等其他非线性现象的研究。

1973年，有人提出了“通过色散和非线性效应的互作用将会导致光纤产生类孤子脉冲”这样一

光子晶体光纤基本特性及其应用研究[S]

英文题名 The Basic Characteristic and the Applications Study of Photonic Crystal Fibers 专业 凝聚态物理 关键词 光子晶体光纤; 多极法; 色散; 有效模场面积; 非线性特性; 双折射; 英文关键词 Photonic crystal fibers; Multipole method; Chromatic dispersion; Effective model field area; Nonlinearity; Double refraction; 中文摘要 光子晶体光纤是一种新型的光纤,由于它具有普通光纤所无法比拟的结构设计和光学 特性,在近几年成为光纤研究领域的热点。本文介绍了光子晶体光纤的研究背景及发展现状,分 析了它的结构特性,并列举了一些不同结构的光子晶体光纤,简单介绍了它的两种导光原理和制 备方法,以及在各个方面的应用。设计了两种结构的光子晶体光纤,并对它们的基本特性进行了 数值研究。论文所做的主要工作如下: 首先,对几种数值模拟光子晶体光纤特性的理论方法进 行了介绍和对比,系统介绍了多极法的原理、方程

学术论文

半导体光电!2010年4月第31卷第2期陈明阳等: 高双折射光子晶体光纤研究进展

动态综述

高双折射光子晶体光纤研究进展

陈明阳,张永康

(江苏大学机械学院,江苏镇江212013)

摘 要: 首先对高双折射光纤的基本原理和概念作了介绍,并简要讨论了用于分析高双折射光子晶体光纤的常用数值方法及其特点。在此基础上,提出可将高双折射光子晶体光纤归纳为四种基本类型,并对每一种类型的原理、特点和典型结构作了介绍和分析。还简要介绍了高双折射光子晶体光纤的典型应用,最后对高双折射光子晶体光纤的发展方向和前景进行了展望。

关键词: 光子晶体光纤;高双折射;有限差分法;有限元法;多极法

中图分类号:TN253 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2010)02-0165-05

ResearchProgressesofHighlyBirefringentPhotonicCrystalFibers

CHENMingyang

(SchoolofMechanicalEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,CHN)

Abstract: Firstly,thebasicconceptsandprinciples

光子晶体光纤基本特性及其应用研究[S]

英文题名 The Basic Characteristic and the Applications Study of Photonic Crystal Fibers 专业 凝聚态物理 关键词 光子晶体光纤; 多极法; 色散; 有效模场面积; 非线性特性; 双折射; 英文关键词 Photonic crystal fibers; Multipole method; Chromatic dispersion; Effective model field area; Nonlinearity; Double refraction; 中文摘要 光子晶体光纤是一种新型的光纤,由于它具有普通光纤所无法比拟的结构设计和光学 特性,在近几年成为光纤研究领域的热点。本文介绍了光子晶体光纤的研究背景及发展现状,分 析了它的结构特性,并列举了一些不同结构的光子晶体光纤,简单介绍了它的两种导光原理和制 备方法,以及在各个方面的应用。设计了两种结构的光子晶体光纤,并对它们的基本特性进行了 数值研究。论文所做的主要工作如下: 首先,对几种数值模拟光子晶体光纤特性的理论方法进 行了介绍和对比,系统介绍了多极法的原理、方程

光子晶体的制备及应用

王文瀚 12S011029

1 引言

光子晶体(Photonic Crystals, PCs)是一种人工周期介质结构，由不同折射率材料周期性地交替排列而成，这种周期介质结构最早由Bykov于1972年提出。1987年，Yablonovitch和John分别在研究抑制原子的自发辐射和光子的局域化问题中也各自独立地提出了这种结构，并在后来的研究中将其命名为光子晶体。

实际上，在自然界中就存在着光子晶体结构，如蛋白石、孔雀羽毛、蝴蝶翅膀上的鳞状覆盖物、以及澳洲海老鼠的毛发。蝴蝶翅膀上的鳞状覆盖物是一种周期性结构。这种周期性结构可以限制光在其中的传输，让某些波长的光通过，而让另一些波长的光完全被反射。正因为如此，才形成了蝴蝶翅膀表面绚烂的花纹和色彩。这种周期性结构与Yablonovitch和John提出的光子晶体概念是相吻合的。

当然，自然界中这样的例子只是少数，目前更多的光子晶体是由人工加工制作而成。1990 年，Ho和Chan等人第一次从理论上论证了三维金刚石结构具有完全光子禁带。1991 年，Yablonovitch团队通过从一定角度对半导体介质进行钻孔，首次成功制作了具有完全禁带的三维金刚石结构光子晶体，禁带频率范围为13

采用从头计算平面波赝势方法(pwp)和局域密度近似,计算了尿素晶体的电子能带结构和光学性质,计算表明尿素晶体属直接带隙晶体,计算带隙为5,lleV。在剪切操作下,采用密度矩阵理论计算了介电常数和倍频系数,理论结果与实验符合甚佳,并成功地将二阶非线性光学系数谱的特征峰与介电函数光谱结合起来,按单、双光子共振项进行了分析。不同跃迁过程对二阶非线性光学系数的贡献

维普资讯

第 2 2卷第 2期 20 0 8年 6月

湖北汽车工业学院学报J u n l fHu e tmoieI d sr sI si t o r a b i o Auo t n u t e n t ue v i t

Vo . No.2 1 22

Jn 2 0 u.08

尿素晶体的线性和非线性光学性质的从头算研究杜文风 .罗军 z时( .汉科技大学 1武材料与冶金学院，湖北武汉 4 0 8: 2湖北汽车工业学院理学部，湖北 30 1 .

十堰 4 2 0 ) 4 0 2

摘

要：用从头计算平面波赝势方法 (WP和局域密度近似，算了尿素晶体的电子能带结构和光学性质 .采 P )计计

算表明尿素晶体属直接带隙晶体，计算带隙为 51e 在剪切操作下 .用密度矩阵理论计算了介电常数和倍频 .lV采系数，论结果

光纤通信的特点

光纤通信以其独特的优越性成为当今信息传输的主要手段，与卫星通信、微波通信共同

支撑着全球通讯网，同时80﹪以上的信息在光纤中传送，光复用技术已极大地提高了网络的传输容量，而全光传送网将是光纤通信技术的发展方向。

1、 巨大的传输容量

这是光纤通信优于其他通信的最显著特点。现在光纤通信使用的频率为1014—1015Hz

数量级，比常用的微波频率高104—105倍，因而信息容量理论上比微波高出104—105倍。梯度多模光纤每公里带宽可达数GHz，单模光纤带宽可达数百THz数量级。

注：（1T=103G=106M=109K=1012单位常量）

2、 极低的传输衰耗

多模光纤在850nm波长下的衰减系数为0.8—2.0dB/Km，在1300 nm波长下的衰减系数

为0.8—1.5dB/Km ；单模光纤在1310nm波长下的衰减系数为0.3—0.45dB/Km，在1550nm波长下的衰减系数为0.2—0.28dB/Km。与其相比，同轴电缆对60MHz信号的衰耗为19dB/Km，市话电缆对4MHz信号的衰耗为20dB/Km，所以光纤传输比电缆传输中继距离要大得多。

3、 抗电磁干扰

光纤由介电材料制成，不怕电磁干扰，