论文研究-Design on a novel hybrid-core photonic crystal fiber with l...

本篇论文主要介绍了新型混合芯光子晶体光纤（HCPCF）的设计，其具有大双折射和高非线性的特点。研究通过全矢量有限元法（FV-FEM）对光纤的光学性质进行了研究，结果表明该光纤在1550nm波长附近可获得0.119的双折射和3.42 W-1•m-1的非线性系数，同时群速度色散（GVD）可通过调整光纤结构轻松调节。这种新型HCPCF的设计预期将在光学通信和传感器系统中得到广泛应用。 光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber, PCF）是一种具有独特光学性质的光纤，其内部结构由空气孔组成，与传统的折射率引导型光纤有所不同。过去几十年间，PCF因其卓越的光学特性，如无尽单模操作、可控制的色散、大双折射和高非线性，吸引了通信和传感器系统领域的广泛关注。在这些特性中，为了保持全光信号处理中偏振状态的稳定和减少非线性效应的足迹或功耗，大双折射和高非线性特性是迫切需要的。 在已有的研究中，通过改变包层区域圆形气孔的排列，PCF的双折射可轻易超过10^-3。此外，通过在包层或纤芯区域引入椭圆结构，或者改变包层中孔的分布，如V型、矩形晶格或螺旋晶格，可以获得10^-2的双折射。然而，直到目前，硅基PCF中超过10^-1的大双折射并未被报道过，且实现高非线性也较为困难。 针对上述技术挑战，本研究设计的HCPCF具有以下特点： 1. 大双折射：能够在硅基PCF中实现超过10^-1的大双折射，这对于新型光纤的应用至关重要，例如在光学偏振控制和传感技术中。 2. 高非线性：通过调整结构设计，该光纤的非线性系数得到了显著增强，可用于非线性光学效应的增强，例如在光孤子传输和光学相干测量中的应用。 3. 群速度色散（GVD）的可控性：GVD的可调节性使得该光纤适用于不同波长的信号处理，尤其在需要精确控制脉冲传播特性的场合。 4. 全矢量有限元法（FV-FEM）的使用：这种方法为复杂光纤结构的光学特性模拟提供了准确的计算手段，使得优化光纤设计成为可能。 HCPCF的设计和模拟结果预示着其在光纤通信、光学传感、光信号处理和非线性光学领域中的广泛应用前景。利用其高双折射和非线性的特性，可以实现更高效的信号传输和更精确的测量控制，这将推动相关技术领域的发展和创新。通过进一步研究和开发，该光纤的性能有望得到进一步提升，为光学技术的创新提供新的动力。