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新型单模大模场红外硫系玻璃光子晶体光纤设计研究

易昌申 戴世勋 张培晴 王训四 沈祥 徐铁峰 聂秋华

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新型单模大模场红外硫系玻璃光子晶体光纤设计研究

易昌申, 戴世勋, 张培晴, 王训四, 沈祥, 徐铁峰, 聂秋华

Design of a novel single-mode large mode area infrared chalcogenide glass photonic crystal fibers

Yi Chang-Shen, Dai Shi-Xun, Zhang Pei-Qing, Wang Xun-Si, Shen Xiang, Xu Tie-Feng, Nie Qiu-Hua
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  • 大模场光子晶体光纤在高功率激光传输、光纤放大器、光纤激光器中的广泛应用, 使其受到研究者的广泛关注.硫系玻璃在红外波段(1–20μm)具有优良透过性能, 且具有折射率高(2.0–3.5)、声子能量低(小于350 cm-1)、 组分可调等特性, 成为制备红外光纤的理想材料. 本文设计一种基于Ge20Sb15Se65硫系玻璃基质的新型单模传输、低损耗、超大模场面积光子晶体光纤结构, 经理论验证其在λ =10.6 μm处基模限制损耗远低于0.1 dB/m, 高阶限制模损耗大于2 dB/m, 模场面积约为13333 μm2.
    Large mode area photonic crystal fibers (PCFs) have attracted much attention, owing to their applications in such as high power delivery, high power fibre amplifiers and fiber lasers. As an ideal candidate for fabricating mid-infrared fibers, chalcogenide glass possesses some unique advantages, such as high refractive indices (2.0-3.5), low photon energies (lower than 350 cm-1), tailorable compositions, and large infrared transmission window(from 1.0 to 20 μm). In this paper, we present a novel type of effectively single-mode chalcogenide glass Ge20Sb15Se65PCF with utra-large mode area as well as small confinement loss (lower than 0.1 dB/m for the fundamental mode, high confinement loss exceeding 2 dB/m for the higher-order mode at 10.6 μm).
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61177087, 60978058)、教育部新世纪优秀人才计划项目 (批准号:NCET-10-0976)、浙江省杰出青年基金(批准号:R1101263)、浙江省自然科学基金(批准号:LQ12F05004)、 宁波市新型光电功能材料及器件创新团队项目(批准号:2009B21007)、 宁波市自然科学基金(批准号:2012A610116) 和宁波大学王宽诚幸福基金资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61177087, 60978058), the Program for New Century Excellent Talents in University of Ministry of Education of China (Grant No. NCET-10-0976), the Zhejiang Provincial Funds for Distinguished Young Scientists, China (Grant No. R1101263), the Natural Science Foundation of Zhejiang Province, China (Grant No. LQ12F05004), the Program for Innovative Research Team of Ningbo City, China (Grant No. 2009B21007), the Natural Science Foundation Ningbo, China (Grant No. 2012A610116), and the K. C. Wong Happy Foundation of Ningbo Uninversity, China.
    [1]

    Limpert J, Schreiber T, Liem A, Nolte A, Zellmer H 2003 Opt. Express 11 2982

    [2]

    Carter A, Samson B N, Tankala K, Machewirth D P, Khitrov V, Manyam U H, Gonthier F, Seguin F 2005 Proc. SPIE 5647 561

    [3]

    Knight J C, Birks T A, Cregan R F, Russell P S J, Sandro J P D 1998 Electron. Lett. 34 1347

    [4]

    Limpert J, Liem A, Reich M, Schreiber T, Nolte S, Zellmer H, Tunnermann A 2004 Opt. Express 12 1313

    [5]

    Shirakawa A, Ohta J, Musha M, Musha M, Ueda K 2005 Opt. Express 13 1221

    [6]

    Limpert J, Schreiber T, Nolte S, Zellmer H, Tunnermann A 2003 Opt. Express 11 818

    [7]

    Limpert J, Deguil-Robin N, Manek-Hönninger I, Salin F 2005 Opt. Express 13 1055

    [8]

    Zhao Z Y, Duan K L, Wang J M, Zhao W, Wang Y S 2008 Acta Phys. Sin. 57 6335 (in Chinese) [赵振宇, 段开椋, 王建明, 赵卫,王屹山2008 物理学报 57 6335]

    [9]

    Liu B W, Hu M L, Song Y J, Li Y, Liu H G, Chai L, Wang Q Y 2010 Chin. J. Laser 37 2415 (in Chinese) [刘博文, 胡明列, 宋有建, 李毅, 刘华刚, 柴路, 王清月2010 中国激光 37 2415]

    [10]

    Liu B W, Hu M L, Song Y J, Chai L, Wang Q Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 6921 (in Chinese) [刘博文, 胡明列, 宋有建, 柴路, 王清月2008 物理学报 57 6921]

    [11]

    Zhang C, Hu M L, Song Y J, Zhang X, Chai L, Wang Q Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 7727 (in Chinese) [张驰, 胡明列, 宋有建, 张鑫, 柴路, 王清月2009 物理学报 58 7727]

    [12]

    Zhang X, Hu M L, Song Y J, Chai L, Wang Q Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 1863 (in Chinese) [张鑫, 胡明列, 宋有健,柴路, 王清月2010 物理学报 59 1863]

    [13]

    Wang Q Y, Hu M L, Song Y J, Liu Q W, Liu B W, Zhang C, Li Y, Chai L 2007 Chin. J. Laser 34 1603 (in Chinese) [王清月, 胡明列, 宋有建,刘庆文, 刘博文, 张弛, 李毅, 柴路2007 中国激光 34 1603]

    [14]

    Chen G, Jiang Z W, Peng J G, Li H Q, Dai N L, Li J Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 144206 (in Chinese) [陈瑰, 蒋作文, 彭景刚, 李海清, 戴能利, 李进延 2012 物理学报 61 144206]

    [15]

    Florian J, Fabian S, Cesar J, Jens L, Andreas T 2012 Opt. Lett. 37 4546

    [16]

    Tsuchida Y, Saitoh K, Koshiba M 2007 Opt. Express 15 1794

    [17]

    Guo Y Y, Hou L T 2010 Acta Phys. Sin. 59 4036 (in Chinese) [郭艳艳, 侯蓝田2010 物理学报 59 4036]

    [18]

    Dai S X, Yu X Y, Zhang W, Lin C G, Song B A, Wang X S, Liu Y X, Xu T F, Nie Q H 2011 Laser & Optoelectronics Progress 48 90602 (in Chinese) [戴世勋, 於杏燕, 张巍, 林常规, 宋宝安, 刘永兴, 徐铁锋, 聂秋华2011 激光与光电子学进展 48 90602]

    [19]

    Monro T M, West Y D, Hewak D W, Brodcrick N G R, Richardson D J 2000 Electron. Lett. 36 1998

    [20]

    Shaw L, Sanghera J, Aggarwal I 2003 Opt. Express 11 3455

    [21]

    Sanghera J S, Shaw L B, Pureza P, Nguyen V Q, Gibson D, Busse L, Aggarwal I 2010 Int. J. Appl. Glass Sci. 1 296

    [22]

    Liu S, Li S G, Fu B, Zhou H S, Feng R P 2011 Acta Phys. Sin. 60 0342171 (in Chinese) [刘硕, 李曙光, 付博, 周洪松, 冯荣普2011 物理学报 60 0342171]

    [23]

    Wang X Y, Li S G, Liu S, Zhang L, Yin G B, Feng R P 2011 Acta Phys. Sin. 60 0642131 (in Chinese) [王晓琰, 李曙光, 刘硕, 张磊, 尹国冰, 冯荣普 2011 物理学报 60 0642131]

    [24]

    Troles J, Coulombier Q, Canat G, Duhant M, Renard W Toupin W, Calvez L, Renversez G, Smektala F, Amraoui M E I, Adam J L, Chartier T, Mechin D, Brilland L 2010 Opt. Express 18 26647

    [25]

    Sakamoto T, Mori T, Yamamoto T, Ma L, Hanzawa N, Aozasa S, Tsujikawa K, Tomita S 2011 Opt. Express 19 B478

    [26]

    El-Amraoui M, Fatome J, Jules J C, Kibler B, Gadret G, Fortier C, Smektala F, Skripatchev I, Polacchini C F, Messaddeq Y, Troles J, Brilland L, Szpulak M, Renversez G 2010 Opt. Express 18 4547

    [27]

    Brilland L, Charpentier F, Troles J, Bureau B, Boussard-Plédel C, Adam J L, Méchin D, Trégoat D 2009 Proc. SPIE 7503 750358

    [28]

    De Sario M, Mescia L, Prudenzano F, Smektala F, Deseveday F, Nazabal V, Troles J, Brilland L 2009 Opt. Laser Technol. 41 99

    [29]

    Traynor N, Monteville A, Provino L, Landais D, Le Goffic O, Nguyen T N, Chartier T, Tregoat D 2009 Travers J. C Fiber Integr. Opt. 28 51

    [30]

    Désévédavy F, Renversez G, Troles J, Brilland L, Houizot P, Coulombier Q, Smektala F, Traynor N, Adam J 2009 Appl. Opt. 48 3860

    [31]

    Conseil C, Coulombier Q, Boussard-Plédel C, Renversez G, Mechin D, Bureau B, Dam J L, Lucas J 2011 J. Non-Cryst. Solids 357 2480

    [32]

    Ademgil H, Haxha S 2012 Opt. Commun. 285 1514

    [33]

    Haxha S, Ademgil H 2008 Opt. Commun. 281 278

    [34]

    William S W, Peng X, Joseph M M, Dong L 2005 Opt. Lett. 30 2855

    [35]

    White T P, Kuhlmey B T,Mcphedran R C, Maystre D, Renversez G, Martijn G, Botten L C 2002 J. Opt. Soc. Am. B 19 2322

    [36]

    Kuhlmey B T, White T P, Maystre D, Renversez G, Botten L C, Martijn G, Mcphedran R C 2002 J. Opt. Soc. Am. B 19 2331

    [37]

    Fini J 2005 Opt. Express 13 3477

    [38]

    Saitoh K, Florous N J, Murao T, Koshiba M 2006 Opt. Express 14 7342

  • [1]

    Limpert J, Schreiber T, Liem A, Nolte A, Zellmer H 2003 Opt. Express 11 2982

    [2]

    Carter A, Samson B N, Tankala K, Machewirth D P, Khitrov V, Manyam U H, Gonthier F, Seguin F 2005 Proc. SPIE 5647 561

    [3]

    Knight J C, Birks T A, Cregan R F, Russell P S J, Sandro J P D 1998 Electron. Lett. 34 1347

    [4]

    Limpert J, Liem A, Reich M, Schreiber T, Nolte S, Zellmer H, Tunnermann A 2004 Opt. Express 12 1313

    [5]

    Shirakawa A, Ohta J, Musha M, Musha M, Ueda K 2005 Opt. Express 13 1221

    [6]

    Limpert J, Schreiber T, Nolte S, Zellmer H, Tunnermann A 2003 Opt. Express 11 818

    [7]

    Limpert J, Deguil-Robin N, Manek-Hönninger I, Salin F 2005 Opt. Express 13 1055

    [8]

    Zhao Z Y, Duan K L, Wang J M, Zhao W, Wang Y S 2008 Acta Phys. Sin. 57 6335 (in Chinese) [赵振宇, 段开椋, 王建明, 赵卫,王屹山2008 物理学报 57 6335]

    [9]

    Liu B W, Hu M L, Song Y J, Li Y, Liu H G, Chai L, Wang Q Y 2010 Chin. J. Laser 37 2415 (in Chinese) [刘博文, 胡明列, 宋有建, 李毅, 刘华刚, 柴路, 王清月2010 中国激光 37 2415]

    [10]

    Liu B W, Hu M L, Song Y J, Chai L, Wang Q Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 6921 (in Chinese) [刘博文, 胡明列, 宋有建, 柴路, 王清月2008 物理学报 57 6921]

    [11]

    Zhang C, Hu M L, Song Y J, Zhang X, Chai L, Wang Q Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 7727 (in Chinese) [张驰, 胡明列, 宋有建, 张鑫, 柴路, 王清月2009 物理学报 58 7727]

    [12]

    Zhang X, Hu M L, Song Y J, Chai L, Wang Q Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 1863 (in Chinese) [张鑫, 胡明列, 宋有健,柴路, 王清月2010 物理学报 59 1863]

    [13]

    Wang Q Y, Hu M L, Song Y J, Liu Q W, Liu B W, Zhang C, Li Y, Chai L 2007 Chin. J. Laser 34 1603 (in Chinese) [王清月, 胡明列, 宋有建,刘庆文, 刘博文, 张弛, 李毅, 柴路2007 中国激光 34 1603]

    [14]

    Chen G, Jiang Z W, Peng J G, Li H Q, Dai N L, Li J Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 144206 (in Chinese) [陈瑰, 蒋作文, 彭景刚, 李海清, 戴能利, 李进延 2012 物理学报 61 144206]

    [15]

    Florian J, Fabian S, Cesar J, Jens L, Andreas T 2012 Opt. Lett. 37 4546

    [16]

    Tsuchida Y, Saitoh K, Koshiba M 2007 Opt. Express 15 1794

    [17]

    Guo Y Y, Hou L T 2010 Acta Phys. Sin. 59 4036 (in Chinese) [郭艳艳, 侯蓝田2010 物理学报 59 4036]

    [18]

    Dai S X, Yu X Y, Zhang W, Lin C G, Song B A, Wang X S, Liu Y X, Xu T F, Nie Q H 2011 Laser & Optoelectronics Progress 48 90602 (in Chinese) [戴世勋, 於杏燕, 张巍, 林常规, 宋宝安, 刘永兴, 徐铁锋, 聂秋华2011 激光与光电子学进展 48 90602]

    [19]

    Monro T M, West Y D, Hewak D W, Brodcrick N G R, Richardson D J 2000 Electron. Lett. 36 1998

    [20]

    Shaw L, Sanghera J, Aggarwal I 2003 Opt. Express 11 3455

    [21]

    Sanghera J S, Shaw L B, Pureza P, Nguyen V Q, Gibson D, Busse L, Aggarwal I 2010 Int. J. Appl. Glass Sci. 1 296

    [22]

    Liu S, Li S G, Fu B, Zhou H S, Feng R P 2011 Acta Phys. Sin. 60 0342171 (in Chinese) [刘硕, 李曙光, 付博, 周洪松, 冯荣普2011 物理学报 60 0342171]

    [23]

    Wang X Y, Li S G, Liu S, Zhang L, Yin G B, Feng R P 2011 Acta Phys. Sin. 60 0642131 (in Chinese) [王晓琰, 李曙光, 刘硕, 张磊, 尹国冰, 冯荣普 2011 物理学报 60 0642131]

    [24]

    Troles J, Coulombier Q, Canat G, Duhant M, Renard W Toupin W, Calvez L, Renversez G, Smektala F, Amraoui M E I, Adam J L, Chartier T, Mechin D, Brilland L 2010 Opt. Express 18 26647

    [25]

    Sakamoto T, Mori T, Yamamoto T, Ma L, Hanzawa N, Aozasa S, Tsujikawa K, Tomita S 2011 Opt. Express 19 B478

    [26]

    El-Amraoui M, Fatome J, Jules J C, Kibler B, Gadret G, Fortier C, Smektala F, Skripatchev I, Polacchini C F, Messaddeq Y, Troles J, Brilland L, Szpulak M, Renversez G 2010 Opt. Express 18 4547

    [27]

    Brilland L, Charpentier F, Troles J, Bureau B, Boussard-Plédel C, Adam J L, Méchin D, Trégoat D 2009 Proc. SPIE 7503 750358

    [28]

    De Sario M, Mescia L, Prudenzano F, Smektala F, Deseveday F, Nazabal V, Troles J, Brilland L 2009 Opt. Laser Technol. 41 99

    [29]

    Traynor N, Monteville A, Provino L, Landais D, Le Goffic O, Nguyen T N, Chartier T, Tregoat D 2009 Travers J. C Fiber Integr. Opt. 28 51

    [30]

    Désévédavy F, Renversez G, Troles J, Brilland L, Houizot P, Coulombier Q, Smektala F, Traynor N, Adam J 2009 Appl. Opt. 48 3860

    [31]

    Conseil C, Coulombier Q, Boussard-Plédel C, Renversez G, Mechin D, Bureau B, Dam J L, Lucas J 2011 J. Non-Cryst. Solids 357 2480

    [32]

    Ademgil H, Haxha S 2012 Opt. Commun. 285 1514

    [33]

    Haxha S, Ademgil H 2008 Opt. Commun. 281 278

    [34]

    William S W, Peng X, Joseph M M, Dong L 2005 Opt. Lett. 30 2855

    [35]

    White T P, Kuhlmey B T,Mcphedran R C, Maystre D, Renversez G, Martijn G, Botten L C 2002 J. Opt. Soc. Am. B 19 2322

    [36]

    Kuhlmey B T, White T P, Maystre D, Renversez G, Botten L C, Martijn G, Mcphedran R C 2002 J. Opt. Soc. Am. B 19 2331

    [37]

    Fini J 2005 Opt. Express 13 3477

    [38]

    Saitoh K, Florous N J, Murao T, Koshiba M 2006 Opt. Express 14 7342

  • [1] 许思维, 杨晓宁, 杨大鑫, 王训四, 沈祥. S取代Se对Ge11.5As24Se64.5–xSx玻璃结构及光学性质的影响. 物理学报, 2021, 70(16): 167101. doi: 10.7498/aps.70.20210536
    [2] 郑斯文, 刘亚卓, 罗晓玲, 王丽辉, 张娜, 张晶晶, 金传洋, 徐丙立, 屈强, 陈玲. 三层芯结构在单模大模场面积低弯曲损耗光纤中的应用和分析. 物理学报, 2021, 70(22): 224214. doi: 10.7498/aps.70.20210410
    [3] 吴波, 赵浙明, 王训四, 江岭, 密楠, 潘章豪, 张培晴, 刘自军, 聂秋华, 戴世勋. Te基远红外硫系玻璃光纤的制备及性能分析. 物理学报, 2017, 66(13): 134208. doi: 10.7498/aps.66.134208
    [4] 靳文星, 任国斌, 裴丽, 姜有超, 吴越, 谌亚, 杨宇光, 任文华, 简水生. 环绕空气孔结构的双模大模场面积多芯光纤的特性分析. 物理学报, 2017, 66(2): 024210. doi: 10.7498/aps.66.024210
    [5] 徐航, 彭雪峰, 戴世勋, 徐栋, 张培晴, 许银生, 李杏, 聂秋华. Ge-Sb-Se硫系玻璃拉曼增益特性研究. 物理学报, 2016, 65(15): 154207. doi: 10.7498/aps.65.154207
    [6] 赵浙明, 吴波, 刘雅洁, 江岭, 密楠, 王训四, 刘自军, 刘硕, 潘章豪, 聂秋华, 戴世勋. 低损耗Ge-As-Se-Te硫系玻璃远红外光纤的性能分析. 物理学报, 2016, 65(12): 124205. doi: 10.7498/aps.65.124205
    [7] 杨艳, 陈云翔, 刘永华, 芮扬, 曹烽燕, 杨安平, 祖成奎, 杨志勇. Ge-As-S硫系玻璃的结构与性能调控. 物理学报, 2016, 65(12): 127801. doi: 10.7498/aps.65.127801
    [8] 杨佩龙, 戴世勋, 易昌申, 张培晴, 王训四, 吴越豪, 许银生, 林常规. 中红外色散平坦硫系光子晶体光纤设计及性能研究. 物理学报, 2014, 63(1): 014210. doi: 10.7498/aps.63.014210
    [9] 廖文英, 范万德, 李园, 陈君, 卜凡华, 李海鹏, 王新亚, 黄鼎铭. 新型全固态准晶体结构大模场光纤特性研究. 物理学报, 2014, 63(3): 034206. doi: 10.7498/aps.63.034206
    [10] 陈艳, 周桂耀, 夏长明, 侯峙云, 刘宏展, 王超. 具有双模特性的大模场面积微结构光纤的设计. 物理学报, 2014, 63(1): 014701. doi: 10.7498/aps.63.014701
    [11] 林桢, 郑斯文, 任国斌, 简水生. 七芯及十九芯大模场少模光纤的特性研究和比对分析. 物理学报, 2013, 62(6): 064214. doi: 10.7498/aps.62.064214
    [12] 王鑫, 娄淑琴, 鹿文亮. 新型三角芯抗弯曲大模场面积光子晶体光纤. 物理学报, 2013, 62(18): 184215. doi: 10.7498/aps.62.184215
    [13] 张银, 陈明阳, 周骏, 张永康. 微结构芯大模场平顶光纤及其传输特性分析. 物理学报, 2013, 62(17): 174211. doi: 10.7498/aps.62.174211
    [14] 娄淑琴, 鹿文亮, 王鑫. 新型抗弯曲大模场面积光子晶体光纤. 物理学报, 2013, 62(4): 044201. doi: 10.7498/aps.62.044201
    [15] 郑斯文, 林桢, 任国斌, 简水生. 一种新型多芯-双模-大模场面积光纤的设计和分析. 物理学报, 2013, 62(4): 044224. doi: 10.7498/aps.62.044224
    [16] 周亚训, 於杏燕, 徐星辰, 戴世勋. 掺铒硫系玻璃的制备及其微结构光纤的中红外信号放大特性研究. 物理学报, 2012, 61(15): 157701. doi: 10.7498/aps.61.157701
    [17] 刘硕, 李曙光, 付博, 周洪松, 冯荣普. 中红外高保偏硫系玻璃双芯光子晶体光纤耦合特性研究. 物理学报, 2011, 60(3): 034217. doi: 10.7498/aps.60.034217
    [18] 郭云胜, 张雪峰. 一种结构简单的二维左手材料设计及仿真研究. 物理学报, 2010, 59(12): 8584-8590. doi: 10.7498/aps.59.8584
    [19] 戴世勋, 彭波, 乐放达, 王训四, 沈祥, 徐铁峰, 聂秋华. Dy3+掺杂Ge-Ga-S-CsI玻璃中红外发光特性研究. 物理学报, 2010, 59(5): 3547-3553. doi: 10.7498/aps.59.3547
    [20] 聂秋华, 王国祥, 王训四, 徐铁峰, 戴世勋, 沈祥. Ga对新型远红外Te基硫系玻璃光学性能的影响. 物理学报, 2010, 59(11): 7949-7955. doi: 10.7498/aps.59.7949
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-09-26
  • 修回日期:  2012-11-11
  • 刊出日期:  2013-04-05

新型单模大模场红外硫系玻璃光子晶体光纤设计研究

  • 1. 宁波大学 信息科学与工程学院, 红外材料及器件实验室, 宁波 315211
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61177087, 60978058)、教育部新世纪优秀人才计划项目 (批准号:NCET-10-0976)、浙江省杰出青年基金(批准号:R1101263)、浙江省自然科学基金(批准号:LQ12F05004)、 宁波市新型光电功能材料及器件创新团队项目(批准号:2009B21007)、 宁波市自然科学基金(批准号:2012A610116) 和宁波大学王宽诚幸福基金资助的课题.

摘要: 大模场光子晶体光纤在高功率激光传输、光纤放大器、光纤激光器中的广泛应用, 使其受到研究者的广泛关注.硫系玻璃在红外波段(1–20μm)具有优良透过性能, 且具有折射率高(2.0–3.5)、声子能量低(小于350 cm-1)、 组分可调等特性, 成为制备红外光纤的理想材料. 本文设计一种基于Ge20Sb15Se65硫系玻璃基质的新型单模传输、低损耗、超大模场面积光子晶体光纤结构, 经理论验证其在λ =10.6 μm处基模限制损耗远低于0.1 dB/m, 高阶限制模损耗大于2 dB/m, 模场面积约为13333 μm2.

English Abstract

参考文献 (38)

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