隔行分层填充的太赫兹超高双折射多孔光纤

李珊珊; 张昊; 白晋军; 刘伟伟; 常胜江

doi:10.7498/aps.64.154201

摘要

本文提出了一种对普通三角晶格多孔光纤隔行分层填充匹配材料, 实现超高模式双折射的方法. 首先, 采用全矢量有限元法对多孔度为43.08%的三角晶格多孔光纤的传输特性进行了详细研究. 随后, 为增强结构非对称性对纤芯空气孔隔行填充折射率为1.4的液体, 发现光纤的模式双折射显著提高, 在峰值处(1.1 THz)由填充前的1.05×10-3增大到1.36×10-2; x, y两偏振模式基模的吸收损耗系数分别由0.16 dB/cm增大到0.25 dB/cm和0.28 dB/cm; 光纤的工作带宽由1.1 THz增大到1.9 THz. 研究发现通过增大填充材料的折射率能够显著提高光纤的模式双折射; 当n=2, f=2.2 THz时, 光纤能够达到8.03×10-2的超高模式双折射. 进一步, 采用隔行分层填充的方式, 在不同层填充不同折射率的液体, 实现折射率的梯度分布, 从而增强光纤对导模的限制能力. 结果显示, 采用该填充方法, 光纤的模式双折射在工作频段内没有峰值, 呈现单调递增的趋势. 当f=2.2 THz时, 模式双折射达到7.19×10-2. 该设计不仅实现了超高的模式双折射, 同时还具备可调谐的特性, 对实际应用具有重要意义.

关键词:

作者及机构信息

1.
南开大学, 信息化建设与管理办公室, 天津 300071;

2.
南开大学, 现代光学研究所, 天津 300071;

3.
天津工业大学, 电子与信息工程学院, 天津 300387

基金项目: 国家重点基础研究发展计划(973项目)(批准号: 2014CB339800), 国家高技术研究发展计划(863)(批准号: 2013AA014201)、国家自然科学基金(批准号: 61171027; 11274182; 11004110)、教育部博士点基金(批准号: 20090031110033)、天津市科技计划项目(批准号: 13RCGFGX01127)和天津市高等学校科技发展基金计划项目(批准号: 20120706)资助的课题.

参考文献

[1]	Ferguson B, Zhang X C 2003 Physics 32 286 (in Chinese) [Ferguson B, 张希成 2003 物理 32 286]
[2]	Xu L, Zhang XC, Auston D 1992 Appl. Phys. Lett. 61 1784
[3]	Deng Y Q, Lang L Y, Xing Q R, Cao S Y, Yu J, Xu T, Li J, Xiong L M, Wang Q Y, Zhang Z G 2008 Acta Phys. Sin. 57 7747 (in Chinese) [邓玉强, 郎利影, 邢岐荣, 曹士英, 靖于, 涛徐 2008 物理学报 57 7747]
[4]	Xu J Z, Zhang X C 2007 Terahertz science technology and application (Beijing: Peking University Press) (in Chinese) [许景周, 张希成 2007 太赫兹科学技术和应用 (北京: 北京大学出版社)]
[5]	Zhong R B, Zhou J, Liu S G 2012 Journal of University of Electronic Science and Technology of China 2 247 (in Chinese) [钟任斌, 周俊, 刘盛纲 2012 电子科技大学学报 2 247]
[6]	Atakaramians S, Afshar S V, Fischer B M, Abbott D, Monro T M 2009 Optics Communications 282 36
[7]	Chen D, Chen H 2010 Journal of Electromagnetic Waves and Applications 24 1553
[8]	Bai J J, Wang C H, Huo B Z, Wang X H, Chang S J 2011 Acta Phys. Sin. 60 098702 (in Chinese) [白晋军, 王昌辉, 霍丙忠, 王湘晖, 常胜江 2011 物理学报 60 098702]
[9]	Ortigosa-Blanch A, Knight J C, Wadsworth W J, Arriaga J, Mangan B J, Birks T A 2000 Opt Lett 25 1325
[10]	Wang L, Yang D 2007 Opt. Expr. 15 8892
[11]	Wang J L, Yao J Q, Chen H M, Zhong K, Li Z Y 2011 Journal of Opt 13 055402
[12]	Wang D D, Wang L L, Zhang T, Jie Y 2014 Acta Phot. Sin. 43 0606002 (in Chinese) [王豆豆, 王丽莉, 张涛, 解忧 2014 光子学报 43 0606002]
[13]	Wang D D, Wang L L 2010 Acta Phys. Sin. 59 3255 (in Chinese) [王豆豆, 王丽莉 2010 物理学报 59 3255]
[14]	Nielsen K, Rasmussen H K, Adam A J, Planken P C, Bang O, Jepsen P U 2009 Optics Express 17 8592
[15]	Cunningham P D, Valdes N N, Vallejo F A, Hayden L M, Polishak B, Zhou X H 2011 Journal of Applied Physics 109 043505
[16]	Ji J J, Fan W H, Kong D P, Wang L L 2013 Infrared and Laser Engineering 5 1213 (in Chinese) [姬江军, 范文慧, 孔德鹏, 王丽莉 2013 红外与激光工程 5 1213]
[17]	Hassani A, Dupuis A, Skorobogatiy M 2008 Appl. Phys. Lett. 92 071101
[18]	Snyder A W, Love J D 2000 Optical Waveguide Theory (Section 11-22) (Kluwer Academic Publishers) p232
[19]	Hassani A, Dupuis A, Skorobogatiy M 2008 Opt. Express 16 6340
[20]	Chen S, Fan F, Chang S J, Miao Y, Chen M, Li J N 2014 Optics Express 22 6313

施引文献

[1]	Ferguson B, Zhang X C 2003 Physics 32 286 (in Chinese) [Ferguson B, 张希成 2003 物理 32 286]
[2]	Xu L, Zhang XC, Auston D 1992 Appl. Phys. Lett. 61 1784
[3]	Deng Y Q, Lang L Y, Xing Q R, Cao S Y, Yu J, Xu T, Li J, Xiong L M, Wang Q Y, Zhang Z G 2008 Acta Phys. Sin. 57 7747 (in Chinese) [邓玉强, 郎利影, 邢岐荣, 曹士英, 靖于, 涛徐 2008 物理学报 57 7747]
[4]	Xu J Z, Zhang X C 2007 Terahertz science technology and application (Beijing: Peking University Press) (in Chinese) [许景周, 张希成 2007 太赫兹科学技术和应用 (北京: 北京大学出版社)]
[5]	Zhong R B, Zhou J, Liu S G 2012 Journal of University of Electronic Science and Technology of China 2 247 (in Chinese) [钟任斌, 周俊, 刘盛纲 2012 电子科技大学学报 2 247]
[6]	Atakaramians S, Afshar S V, Fischer B M, Abbott D, Monro T M 2009 Optics Communications 282 36
[7]	Chen D, Chen H 2010 Journal of Electromagnetic Waves and Applications 24 1553
[8]	Bai J J, Wang C H, Huo B Z, Wang X H, Chang S J 2011 Acta Phys. Sin. 60 098702 (in Chinese) [白晋军, 王昌辉, 霍丙忠, 王湘晖, 常胜江 2011 物理学报 60 098702]
[9]	Ortigosa-Blanch A, Knight J C, Wadsworth W J, Arriaga J, Mangan B J, Birks T A 2000 Opt Lett 25 1325
[10]	Wang L, Yang D 2007 Opt. Expr. 15 8892
[11]	Wang J L, Yao J Q, Chen H M, Zhong K, Li Z Y 2011 Journal of Opt 13 055402
[12]	Wang D D, Wang L L, Zhang T, Jie Y 2014 Acta Phot. Sin. 43 0606002 (in Chinese) [王豆豆, 王丽莉, 张涛, 解忧 2014 光子学报 43 0606002]
[13]	Wang D D, Wang L L 2010 Acta Phys. Sin. 59 3255 (in Chinese) [王豆豆, 王丽莉 2010 物理学报 59 3255]
[14]	Nielsen K, Rasmussen H K, Adam A J, Planken P C, Bang O, Jepsen P U 2009 Optics Express 17 8592
[15]	Cunningham P D, Valdes N N, Vallejo F A, Hayden L M, Polishak B, Zhou X H 2011 Journal of Applied Physics 109 043505
[16]	Ji J J, Fan W H, Kong D P, Wang L L 2013 Infrared and Laser Engineering 5 1213 (in Chinese) [姬江军, 范文慧, 孔德鹏, 王丽莉 2013 红外与激光工程 5 1213]
[17]	Hassani A, Dupuis A, Skorobogatiy M 2008 Appl. Phys. Lett. 92 071101
[18]	Snyder A W, Love J D 2000 Optical Waveguide Theory (Section 11-22) (Kluwer Academic Publishers) p232
[19]	Hassani A, Dupuis A, Skorobogatiy M 2008 Opt. Express 16 6340
[20]	Chen S, Fan F, Chang S J, Miao Y, Chen M, Li J N 2014 Optics Express 22 6313

[1]	黄燕萍, 祁春媛. 用相位恢复方法测量多孔光纤的三维折射率分布. 物理学报, 2006, 55(12): 6395-6398. doi: 10.7498/aps.55.6395
[2]	夏长明, 韩颖, 刘兆伦, 侯蓝田, 周桂耀. V形高双折射光子晶体光纤特性研究. 物理学报, 2011, 60(9): 094213. doi: 10.7498/aps.60.094213
[3]	曹晔, 李荣敏, 童峥嵘. 一种新型高双折射光子晶体光纤特性研究. 物理学报, 2013, 62(8): 084215. doi: 10.7498/aps.62.084215
[4]	赵原源, 周桂耀, 李建设, 韩颖, 王超, 王伟. V型高双折射光子晶体光纤超连续谱产生的实验研究. 物理学报, 2013, 62(21): 214212. doi: 10.7498/aps.62.214212
[5]	王二垒, 姜海明, 谢康, 张秀霞. 一种高双折射高非线性多零色散波长光子晶体光纤. 物理学报, 2014, 63(13): 134210. doi: 10.7498/aps.63.134210
[6]	许强, 苗润才, 张亚妮. 六角点阵蜂窝状包层光子晶体光纤中的高双折射负色散效应. 物理学报, 2012, 61(23): 234210. doi: 10.7498/aps.61.234210
[7]	熊梦杰, 李进延, 罗兴, 沈翔, 彭景刚, 李海清. 新型高双折射微结构纤芯光子晶体光纤的可调谐超连续谱的特性研究. 物理学报, 2017, 66(9): 094204. doi: 10.7498/aps.66.094204
[8]	苏伟, 娄淑琴, 邹辉, 韩博琳. 一种带葡萄柚空气孔的高双折射ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF光子准晶光纤. 物理学报, 2014, 63(14): 144202. doi: 10.7498/aps.63.144202
[9]	李珊珊, 常胜江, 张昊, 白晋军, 刘伟伟. 基于悬浮式双芯多孔光纤的太赫兹偏振分离器. 物理学报, 2014, 63(11): 110706. doi: 10.7498/aps.63.110706
[10]	汪静丽, 刘洋, 钟凯. 基于领结型多孔光纤的双芯太赫兹偏振分束器. 物理学报, 2017, 66(2): 024209. doi: 10.7498/aps.66.024209
[11]	李杰, 李蒙蒙, 孙立朋, 范鹏程, 冉洋, 金龙, 关柏鸥. 保偏微纳光纤倏逝场传感器. 物理学报, 2017, 66(7): 074209. doi: 10.7498/aps.66.074209
[12]	後藤孝, 平井敏雄, 陈立东, 唐新峰, 袁润章. n型BayNixCo4-xSb12化合物的热电性能. 物理学报, 2002, 51(12): 2823-2828. doi: 10.7498/aps.51.2823
[13]	戴震飞, 姜文帆, 王玲, 陈明阳, 高永锋, 任乃飞. 基于高折射率液体填充的花瓣形微结构光纤可调滤模特性. 物理学报, 2019, 68(8): 084206. doi: 10.7498/aps.68.20181890
[14]	郑义, 张磊, 姚艳艳, 付博, 张美艳, 李曙光. 高双折射纳米结构光子晶体光纤特性研究. 物理学报, 2010, 59(2): 1101-1107. doi: 10.7498/aps.59.1101
[15]	张晓娟, 赵建林, 侯建平. 一种新型高双折射光子晶体光纤. 物理学报, 2007, 56(8): 4668-4676. doi: 10.7498/aps.56.4668
[16]	付博, 李曙光, 姚艳艳, 张磊, 张美艳, 刘司英. 双芯高双折射光子晶体光纤耦合特性研究. 物理学报, 2009, 58(11): 7708-7715. doi: 10.7498/aps.58.7708
[17]	张亚妮. 新型矩形点阵光子晶体光纤的高双折射负色散效应. 物理学报, 2010, 59(12): 8632-8639. doi: 10.7498/aps.59.8632
[18]	张亚妮. 压缩六角点阵椭圆孔光子晶体光纤的低色散高双折射效应. 物理学报, 2010, 59(6): 4050-4055. doi: 10.7498/aps.59.4050
[19]	汪静丽, 姚建铨, 陈鹤鸣, 邴丕彬, 李忠洋, 钟凯. 高双折射的混合格子太赫兹光子晶体光纤的设计与研究. 物理学报, 2011, 60(10): 104219. doi: 10.7498/aps.60.104219
[20]	付晓霞, 陈明阳. 用于太赫兹波传输的低损耗、高双折射光纤研究. 物理学报, 2011, 60(7): 074222. doi: 10.7498/aps.60.074222

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