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【好运城App下载】光子晶体及光子晶体光纤的研究现状与发展趋势
时间:2021-02-17 00:09 点击次数:
本文摘要:低雪松北京理工大学信息科技大学北京100081摘要:光子晶体光纤(PCF)具有传统光纤无法比拟的解释功能,受到学术界和产业界的普遍关注,短短10年间,PCF的研究取得了相当大的进展。本文介绍了PCF独特的光学特性、制作技术和理论研究方法,并介绍了PCF的发展和最新成果。

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低雪松北京理工大学信息科技大学北京100081摘要:光子晶体光纤(PCF)具有传统光纤无法比拟的解释功能,受到学术界和产业界的普遍关注,短短10年间,PCF的研究取得了相当大的进展。本文介绍了PCF独特的光学特性、制作技术和理论研究方法,并介绍了PCF的发展和最新成果。关键词:光子晶体光纤光子晶体光纤激光器statusanddevelopmentofresearchofphotoniccrystalfiberandphotoniccrystalfibergaoxuesong,高春清,胡舒清这些光纤沿着核心周围的轴规则排列小空气孔,通过对光的这些小空气孔的约束构成光的传导。

独特的波浪结构、灵活的制作方法使PCF和普通光纤比许多无法解释的功能更能有效地扩展和减少光纤的应用领域[1]。在光纤激光器这一领域,PCF专门设计为具有大模式区域,保持无限单一模式,有效地解决了普通光纤的设计不足。利用这种具有精密波导结构和特性的光纤作为有源混合的载体,将双炮层概念引入光子晶体光纤,可以大大提高光纤激光器的部分性能。(大卫亚设,Northern Exposure(美国电视连续剧),)近年来,国内外许多大学和科研机构积极进行光子晶体光纤激光器研究[2]。

目前,有几次报道称,海外出口功率超过数百瓦的光子晶体光纤激光器。本文介绍了PCF独特的光学特性、制作技术和理论研究方法,并介绍了PCF的发展和最新成果。2.光子晶体光纤的道光原理根据传导机理,PCF可分为折射率道光器和光子能隙道光器两类。

2.1折射率导光器周期性缺失的纤维芯折射率(石英玻璃)和周期性的包层折射率(空气)之间存在一些差异,需要将光纤传播到核心。这种结构的PCF道光器仍然是内部光线,但与普通G.652光纤不同,由于包层中包含空气,所以这种机器被称为改进的整体内部光线。2.2光子能隙光传导机制可以从理论上解决光子晶体中光波的固有方程,提供实心芯和空心芯PCF的传导条件,即光子能隙光传导理论。

图2右图中,光纤中心为空芯,芯折射率低于包层石英玻璃,但由于包土层的小孔形状中包含光子晶体,因此不反射光线。小孔间隔和小孔直径满足特定条件时,可以在光子能量间隔范围内阻止适当的光传播,光可以在中心运动内传输。

最近一项研究结果显示,这种PCF可以传输99%以上的光能,而空间光波非常低,光纤波只有标准光纤的1/2到1/4 [4]。运动PCF光子能隙光电机制明确说明,在公心PCF中构成周期性遗漏的是空气,而电光机制是利用炮层在一定波长的光线下构成光子能隙,光波不存在于空气心构成的不存在下,不能传播。在空芯PCF中,整个内部光线不能再次发生,但包层的小孔图形结构起到反射镜的作用,使许多小孔的空气和石英玻璃界面中的光线再次发生。

如图3(a)右图所示,当光束从介质1移动到介质2时,光纤的光束传输常数保持不变。如果是n1k0,其中k0是真空波矢量。n2k0不能在介质1上传输光束,不能在介质2上传输。

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如图3(b)右边[5]所示,全部反射。3.光子晶体光纤的参数特性3.1空心光子晶体光纤中的空光子晶体光纤的光传输到被周期性排列的硅材料空气孔包围的空心。

由于硅材料中只有一小部分传输的光,材料的非线性效果比普通光纤明显减少,损失也增加。预计空心光子晶体光纤最有可能沦为新一代超低损耗传输光纤,预计不久空光子晶体光纤将普遍应用于光传输、脉冲整形和传输、传感光学和非线性光学。目前已开发出多种商用空心光子带隙光纤,波长覆盖面积为440nm~2000nm。3.2非线性光子晶体光纤非线性光子晶体光纤的光从周期性排列的硅材料空气孔包围的实体硅核心传输。

由于可以在红外和近红外波长范围(670nm至880nm)内自由选择适当的芯径,因此特别适用于使用掺钛蓝宝石激光器或Nb3泵浦激光光源的超强逆光发生器[6]。Blazephotonics的光子晶体光纤非线性效应平均245W-1km-1可在频率测定学、光谱学或光学互感摄影学中用作超逆光发生器。3.3宽带单模光子晶体光纤现有单模光纤基本上是波长比二次模截止波长小的多模光纤,宽带单模光子晶体光纤是实际的单模光纤。

这是因为包层包含在周期性排列的多孔结构中。Blazephotonics的宽带单模光子晶体光纤的损耗高于0.8dB/km,主要用作空间单模场宽带电磁辐射传输、短波长光传输、传感器和干涉仪。

3.4干硬性光子晶体光纤传统的干光双折射现象由核心附近差异热扩张的制备材料组成,在光纤降低温度的同时,对差异热扩张施加压力。无视干线光子晶体光纤,由于空气和玻璃在非周期结构纤维核心的大折射率差异,形成双折射现象,获得更小的拍摄长度,增加偏振状态和干消光比之间的结合曲率[7]。例如,Blazephotonics的保偏光子晶体光纤具有比传统干线光纤低得多的温度灵敏度,拍摄长度大于4毫米(1550纳米波长),损失可能大于1.5 DB/公里。

主要用作光传感器、光纤陀螺和干涉仪。3.5超强连续谱发生器的光子晶体光纤超强倒计时光子晶体光纤是一种超强光的超强倒计时光源,特别是新的Q转换Nb3微芯片激光器,结构紧密,成本低,顺序覆盖在550nm~1600nm范围内,比5dB更平缓。由于良好的色散系数,这种20米宽的光纤可以获得脉冲1ns、重复率6k、1064nm平均功率与数十毫瓦激光完全相同的转换效率。

超强倒计时光源主要应用于光子学设备测试、低相干性白色干燥预测、光相干照相机和光谱学[8]。3.6大数值孔径多模光子晶体光纤大数值孔径多模光子晶体光纤的光从同心环的硅材料空气孔包围的固态硅核心传输。

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由于实心芯层和包层的大折射率较低,因此该光纤的数值孔径比全硅多模光纤小得多。大孔径会减少白炽灯或湖光灯热光源和低亮度半导体激光器提供光的能力。

该光纤的数值孔径平均为633nm,主要用于白炽灯或电弧光的传输、低亮度泵激光传输和光传感器[9]。4、PCF的特性PCF具有以下特点:结构设计灵活性,多种小孔结构;核心层和包层的折射率下降可能相当大。

核心可以制作成多种风格。炮层折射率是波长函数,炮层性能反映在波长尺度上。因此,PCF具有许多特性。4.1非累积单模普通单模光纤即使核心大小减少也不会成为多模光纤。

对于PCF,如果空气孔直径与孔间距的比率大于0.2,则可以在Blu-ray到2m的光波下以单个模式传输,并且没有截止波长。这是一种非累积的单模传输特性,该特性与光纤的意义大小有关,因此可以转换空气孔间距,产生1550nm平均1 ~ 800 m 2到680m2的大模场PCF,调节范围约为普通光纤的10倍[10]。小的模具场对非线性生成没有帮助,大的模具场可以避免非线性的复发,这对提高或减少光学非线性具有最重要的意义。

这种光纤有很多潜在的应用领域,如激光和放大器(使用低非线性光纤)、低非线性通信用光纤、高光功率传输等。4.2色度不同的色度分散真空中材料的分散为0,空气中材料的分散也很小,空气中PCF的分散非常相似。

光纤设计具有很高的灵活性,因此,只要改变孔直径与孔间距的比率,就可以超过相当大的波浪分布,光纤的总色度分布也可以超过所需的生产状态(例如,0色散波长可以移动到短波长)。因此,可以在1300nm处构建光弧子传输。优秀性质的色散平面光纤(数百nm比特率范围类似于零色散)出现了多种非线性设备和色散补偿光纤(平均2000ps/nm公里)[11]。

4.3优秀非线性效应双折射效应G.652光纤经常发生的非线性效应是每光纤单位面积传输透射过大,导致系统传输质量严重受损的现象。


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