www.5359.com

   现在重要光子晶体光纤的品种,特性及运用

现在重要光子晶体光纤的品种,特性及运用

现在重要光子晶体光纤的品种,特性及运用


一、 从传统光纤到光子晶体光纤


光纤是20世纪的严重科技成就之一。该手艺以令人难以置信的速度生长,从1970年的第一根低消耗单模光纤至今,光纤已成为环球所普遍运用的通讯网络的重要组成局部。光纤也在通讯以外的其他范畴得到了运用,如医学范畴的光束分派取传送、机器加工取诊断、传感及其他范畴。当代光纤手艺已实现了对光纤中光旌旗灯号的丧失、光学非线性效应、群速度色散和偏振效应等各方面的优化取衡量。经由30多年的普遍研讨,光纤体系的机能和制造工艺得到了不断完善,近乎到达了最高极致。

 

20世纪80年月以来,为了生长新的光学介质(光子晶体光纤),研究人员曾经被光波少标准,即亚微米量级或更小标准的构造质料表现出的才能所吸引。光子晶体经由过程将划定规矩的微结构引入光学材料,完全改动了质料的光学特性。它可看做是半导体物理学结果在光子范畴中的拓展。实际上,半导体的能带构造是电子和晶格引发的周期性电动势之间相互作用的效果。经由过程求解周期性电动势的薛定谔方程,便能获得被禁带所星散的电子能量状况。相似天,若是把这类周期性转变的电动势用周期性转变的介电常数,即折射率去交换,同时,把薛定谔交换成典范的电磁波颠簸方程,便能得到光子晶体中的光子带隙。

 

早在1987年,多伦多大学的Sajeev John和贝尔通讯实验室的Eli Yablono-vitch便预言了光子带隙,光子带隙成为20世纪90年月早期光子学范畴的研讨热点。他们的研讨假想是经由过程竖立适宜的波导构造,从而有选择性天阻挠局部具有特定能级(相对光子带隙而言是指波长)的光子传输,而让其他波长的光子自在经由过程。另外,波导周期性折射率的细小转变会在光子带隙中引入新的能级,如同在传统半导体的带隙中发生新的能级。但是,此时竖立这类适宜的波导构造已被证实是相称难题的,直到1991年,Yablono-vitch等经由过程在一块折射率为3.6的质料中钻出多个直径为1mm的小孔,实现了世界上第一个光子带隙质料。今后Philip RusselYablono-vitch的研讨基础上经由过程在光纤包层中建造二维的光子晶体,并胜利天将光限定在空心光子晶体光纤的纤芯中,这类二维的光子晶体实际上就是玻璃中光波少标准的周期微空气孔晶格,由于这类新型光纤是依靠光子晶体的不平常特性来导光的,以是称为光子晶体光纤。

 

在光子晶体光纤中,只要选用的纤芯质料折射率高于包层的有用折射率,接纳二维光子晶体作为光纤的包层是有可能的。具有该构造的光子晶体光纤的一个例子是硅固体纤芯被具有三角形晶格空气孔的光子晶体包层围困,如图1.1所示。这些光纤的导光是经由过程齐内反射(TIR),称为革新TIR停止的,因此称为折射率扶引型光子晶体光纤。扶引机理被界说为“革新”,是因为包层的折射率不像传统的光纤是一常数,而是会随波长转变。

威尼斯0415vns 

 

1.1 实心三角形光子晶体光纤显微图象


二、折射率扶引型光子晶体光纤特性及运用

1、无停止单模

第一根实心光子晶体光纤取图1.1异常类似,由一个三角形晶格的空气孔组成,其中空气孔的直径d300nm,孔间距=2.3μm。这类光纤在实行中好像从未显现出多模特性,纵然关于短波长也是云云。Ressell曾经注释了能够经由过程将光纤中这些空气孔晶格比作形式滤波器或“筛子”用来明白光子晶体光纤所具有的这类奇特的无停止单模特性。关于三角形光子晶体光纤的深切研讨注解:当d/Λ<0.4时,三角形光子晶体光纤便成为无停止单模光纤,即光纤关于恣意波长均显现单模特性。在该条件下,纤芯尺寸或空气孔的间距决意了光纤的整色散波长、模场直径(MFD)和数值孔径(NA)。

 

2、大模场面积大数值孔径

大模场面积光纤是处理光纤激光器功率提拔面对的非线性效应及光纤毁伤的一种最间接有用的路子。但是,为包管输出激光的光束质量,在要求大模场面积(LMA)的同时,必需使光纤可以或许单模运转。而传统的单模光纤的纤芯直径很小,难以实现大模场面积;增大纤芯直径则不可避免天会形成多横模合作,影响输出光束质量。光子晶体光纤无停止单模的特性使得光子晶体光纤被建造成大模场光纤成为能够,在包管单模传输的条件下,恰当改动纤芯尺寸或空气孔的间距便可获得更大的模场直径(MFD)和数值孔径(NA)。因而,光子晶体光纤可实现单模大模场面积,在包管激光传输质量的同时,明显低落光纤中的激光功率密度,减小光纤中的非线性效应,进步光纤质料的毁伤阈值;其次,光子晶体光纤能够实现较大的内包层数值孔径,从而进步抽运光的耦合效力,可采用长度相对较短的光纤实现下功率输出。

 

如图1.2所示为氛围包层光子晶体光纤,因为光纤中具有较大的硅脊宽度和氛围包层,这些特性致使光纤的纤芯和包层之间的折射率差极大天进步,这也就决意了光纤具有很大的数值孔径。

图片2.png 

1.2 氛围包层光子晶体光纤横截面显微图

 

3、色散掌握

在光子晶体光纤中,光纤色散能够被控造和以空前的自由度停止调治。若是络续增大光子晶体光纤的空气孔,其纤芯就会变得愈来愈伶仃,若是将全部光纤的构造做的异常小,其整色散波长就会被转移到可见光波段;相反的,在空气孔较小的光子晶体光纤中,光纤具有较低的氛围添补比,此光纤可在一些特定的波长范围内具有异常平展的光纤色散曲线。

 

4、超高非线性特性

实心光子晶体光纤的主要特性是经由过程增大光纤的空气孔,大概减小纤芯的尺寸,光纤中能够实现比传统光纤大的多的有用折射率差,此时,光波会被束缚在光纤的硅纤芯中,如许能够起到对导波形式很强的限定感化。云云可在光纤的纤芯中聚集很下的光场强,如许便加强了光纤的非线性效应。并且,光子晶体光纤可用来建造具有所需色散特性的非线性光纤器件。现在那是光子晶体光纤最重要的应用领域。

图片3.png           图片4.png

  1.4 适用于发生超连续谱的光子晶体光纤横截面显微图


一个主要的例子是发生超连续谱,即经由过程下功率的光脉冲在非线性介质中传输去发生宽带超连续谱。超连续谱并不是指某种特其余征象,实际上是指种种非线性效应,它们配合致使了异常大的光频谱展宽。超连续谱发生的决意身分黑白线性介质的色散,经由过程恰当的色散特性设想可以或许显着的低落超连续谱的功率要求。

 

5、下双折射

光子晶体光纤取传统的保偏光纤(蝴蝶结形、卵形、熊猫形)差别,这些传统保偏光纤中最少运用了两种差别的玻璃质料,而每种质料的热膨胀系数差别,因而存在温度敏感的题目;而光子晶体光纤所能得到的双折射特性对温度极不敏感,那是很多范畴皆需的一个主要特性。

图片5.png 

     1.5 保偏光子晶体光纤横截面显微图


三、 光子带隙扶引型光子晶体光纤(空心光子晶体光纤)

当光子晶体光纤的纤芯地区具有比外围的光子晶体包层小的折射率,光的扶引传输机理不同于齐内反射,而是基于存在的光子带隙(PBG)。事实上,组成光子晶体光纤包层的空气孔微结构是二维光子晶体,它是一种具有光子带隙特性的周期性电介质质料,特定波长局限的光是不克不及传输的。光能够在光子晶体光纤空心的氛围中被扶引传输,因此可供应许多有前途的运用,如低消耗波导、下功率传输、对光纤蜿蜒引入的消耗不敏感。氛围扶引的光子晶体光纤险些对蜿蜒不敏感,具有极度的色散特性、高度依靠波导元件。最初,如将适宜的气体、液体添补在空心中,光子晶体光纤可用于传感运用和非线性光学。

图片6.png 

1.6光子带隙扶引型光子晶体光纤(空心光子晶体光纤)

 

上海昊量光电设备有限公司现在供给上述所有范例的光纤,而且能够凭据客户要求停止种种光子晶体光纤定制。同时昊量光电借推出一系列用于下功率超快激光器传输的空心光子晶体光纤,重要用于:

(一)脉冲紧缩

(二)频次转换

(三)光谱和传感

(四)超短激光脉冲传输

(五)光和气体感化相干实行


如有任何响应需求请和我们联络