关键字 |
| 光子晶体光纤(PCFs)，全内反射(TIR)，有效折射率(neff)，色散(CD)，电介质。 |
介绍 |
| 光子晶体是介电介质的周期性排列。光子晶体通常是由一个含有不同折射率的介电材料的单元格和重复这个单元格来构造晶体而制成的。光子晶体光纤(PCF)是一种新型的光纤，它在设计上提供了很大的自由度，以实现许多独特的性能。光子晶体纤维(PCFs)由单一材料(如二氧化硅)制成，沿其长度有一排气孔。缺陷可以通过用玻璃去除中心气孔来引导实心核心和包层区域之间的全内反射(TIR)来产生。这些指向性的pcf也被称为多孔纤维，多孔辅助纤维。 |
| 这些光纤具有色散的可控性，这对于在宽波长范围内保持尽可能低的色散是非常重要的。通过改变缺陷芯的气孔直径可以实现上述控制。 |
| 采用全矢量TE模式进行模态分析，得到有效折射率，进而计算色散。PCF的种类包括光子带隙光纤(通过带隙效应限制光的PCF)，多孔光纤(在其截面上使用空气孔的PCF)，孔辅助光纤(通过常规的高折射率芯通过空气孔的存在进行修饰的PCF引导光)和布拉格光纤(由多层薄膜同心圆形成的光子带隙光纤)。光子晶体光纤可以被认为是更一般的一类微结构光纤的一个亚组，其中光是由结构修改引导的，而不仅仅是由折射率差异。 |
| 光子晶体有不同的类型:一维(维度)，二维和三维。 |
| •其中的变化是沿一个方向，我们称之为一维光子晶体。 |
| •类似地，我们定义了二维和三维光子晶体，分别对应于介电常数沿两个和三个方向变化的情况。 |
| pcf的设计非常灵活。有各种参数来设计光纤:晶格间距(Λ)，气孔形状(圆形或椭圆形)和直径(d)，玻璃的折射率，以及晶格类型(方形，六角形)。 |
色散公式 |
| 色散是造成光脉冲展宽的主要原因。材料色散和波导色散的共同作用导致色散。本文采用sellemier公式计算波长相关折射率。其中空气指数假设为常数。色色散D与neff的二阶导数成正比，相对于波长(λ)，得到如下 |
 (1) |
| 其中λ为波长，Re [neff]为neff的实部，，c为真空[5]中的光速。色散计算为几何色散(或波导色散)和材料色散的总和，得到如下: |
 (2) |
光子晶体光纤中的引导机制 |
| 可能存在两种类型的引导机制:引导模式可以通过一种称为修正全内反射(指数引导)的效应被困在平均指数高于包层区域的核心中，或者通过光子带隙效应(pbg -引导)被困在平均指数较低的核心中。 |
PCF参数 |
| 在这种类型的PCF中，由缺陷芯和由微米大小的气孔组成的人工周期包层组成。所选晶圆为折射率为1.45的二氧化硅，气孔折射率为1。距离最近的两个气孔之间的中心间距(Λ)保持为2.0 μm。气孔直径为1.5 μm。缺陷芯径(d’)分别为0um、.2.0um、.4.0um、.6.0um，如图1所示。 |
| 由于所设计的PCF由一个实心芯组成，并沿光纤长度排列规则的气孔作为包层。 |
| •在这种类型的PCF中，平均包层折射率低于核心折射率。 |
| •所选晶圆为折射率为1.45的硅石，气孔折射率为1。 |
| •距离最近的两个通气孔的中间间距(Λ)保持2.0μm。气孔直径为1.5 μm，缺陷芯直径(d’)分别为0.0 um、0.2um、0.4um、0.6um |
有效折射率 |
| 有效折射率随缺陷芯的增大而减小。它随波长的增加而减小，这与波长有关。如图2所示。 |
仿真结果 |
| 本文设计并发现了多孔六角形晶格、介电介质SiO2折射率为1.45的缺陷核光子晶体布局的色散特性。电场分布如图2所示。它应该像花一样排列，所有的田地都被限制在核心区域 |
| 波导(几何)色散被图4所示的材料色散抵消了。因此我们可以设计出如图5所示不同芯径的零色散光子晶体光纤。 |
结论 |
| 总之，我们考虑了五环缺陷芯光子晶体光纤。其中缺陷芯直径为0 um, 2.0 um, 4.0 um, 6.0 um。色散随缺陷芯直径的增加而减小。从这些结果可以看出，在1.1 um到1.7 um的波长范围内，色散值为0.39031 ps/km/nm到4.72915 ps/km/nm。 |
数字一览 |
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参考文献 |
- 王景远，姜春，胡伟生，高明义，“折射率引导的空气芯PCF的特性”光学与激光技术39(2007)317-321。
- 刘志强，刘志强，刘志强，“光子晶体光纤的色散和约束损耗”，光子学报，2008,29(4):344-349。
- J.Laegsgaard、K.P.Hansen M.D.Nielsen, T.P.Hansen、J.Riishede K.Hougaard, T.Sorensen,
T.T.Larsen、N.A.Mortensen J.Broeng J.B.Jensen和A. Bjarklev“光子晶体光纤”0-7803-7824-5/03/2003 IEEE。
- 王景远，姜春，胡伟生，高明义，“平色散光子晶体光纤的改进设计”，光学与激光技术，Vol. 38,PP 169-172,2006。
- M. Pourmahyabadi和Sh. Mohammad Nejad，“低约束损耗和超平色散的折射率引导光子晶体光纤的数值分析”，电气电子学报，第5卷，PP170-179,2009。
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