1550 nm低损耗单模全固态光子带隙光纤研究

程兰; 罗兴; 韦会峰; 李海清; 彭景刚; 戴能利; 李进延

doi:10.7498/aps.63.074210

摘要

全固态光子带隙光纤由于其独特的带隙和色散特性以及易于和传统光纤熔接的优势，引起了国内外研究人员的广泛关注. 本文采用等离子体化学气相沉积工艺结合堆叠拉制法制备了全固态光子带隙光纤，并运用频域有限差分法模拟了其损耗和色散特性. 该光纤1550 nm处有较低损耗且单模传输，计算得到1550 nm处的有效模场面积和色散分别为191.81 μm2和16.418 ps/（km·nm），在测试范围1500–1650 nm内损耗小于0.15 dB/m. 结合实验结果，对光纤参数做了进一步模拟优化.

关键词:

Abstract

All-solid photonic bandgap fiber shave attracted great attention of researchers due to their particular band gap and dispersion character as well as the merit of easily splicing the traditional optical fiber. We have fabricated the all-solid photonic bandgap fibers using the plasma chemical vapor deposition (PCVD) and a modified tack and draw technique, and the loss and dispersion characteristics were simulated by the finite-difference frequency-domain (FDFD) method. The fiber obtained by this method has a low-loss region at around 1550 nm and can be used as single-mode; its effective model field area and the dispersion of the fiber at 1550 nm are 191.81 μm2 and 16.418 ps/(km·nm), respectively. Combined with the experimental results, the fiber parameters are further optimized by simulation.

Keywords:

作者及机构信息

1.
武汉光电国家实验室, 武汉 430074

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：81100701）资助的课题.

Authors and contacts

1.
Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Wuhan 430074, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 81100701).

参考文献

[1]	Luan F, George A K, Hedley T D, Pearce G J, Bird D M, Knight J C, Russell P S J 2004 Opt. Lett. 29 2369
[2]	Bouwmans G, Bigot L, Quiquempois Y, Lopez F, Provino L, Douay M 2005 Opt. Express 13 8452
[3]	Mi Y, Hou L T, Zhou G Y, Wang K, Chen C, Gao F, Liu B W, Hu M L 2008 Acta Phys. Sin. 57 3583 (in Chinese)[米艳, 侯蓝田, 周桂耀, 王康, 陈超, 高飞, 刘博文, 胡明列2008 物理学报57 3583]
[4]	Cheng S F, Peng J G, Li J Y, Cheng L, Jiang Z W, Li H Q, Dai N L, Jiang F G, Yang X B 2012 Acta Phys. Sin. 61 244207 (in Chinese)[程胜飞, 彭景刚, 李进延, 程兰, 蒋作文, 李海清, 戴能利, 姜发刚, 杨晓波2012 物理学报61 244207]
[5]	Olausson C B, Shirakawa A, Chen M, LyngsØ J K, Broeng J, Hansen K P, Bjarklev A, Ueda K 2010 Opt. Express 18 16345
[6]	Fan X, Chen M, Shirakawa A, Ueda K, Olausson C B, LyngsØ J K, Broeng J 2012 Opt. Express 20 14471
[7]	Février S, Gaponov D D, Roy P, Likhachev M E, Semjonov S L, Bubnov M M, Dianov E M, Yashkov M Y, Khopin V F, Salganskii M Y 2008 Opt. Lett. 33 989
[8]	Liu X, Lægsgaard J, Turchinovich D 2010 Opt. Lett. 35 913
[9]	Jin L, Wang Z, Fang Q, Liu B, Liu Y G, Kai G Y, Dong X Y, Guan B O 2007 Opt. Lett. 32 2717
[10]	Lee H W, Chiang K S 2009 Opt. Express 17 4533
[11]	Sun Z L, Liu Y G, Wang Z, Tai B Y, Han T T, Liu B, Cui W T, Wei H F, Tong W J 2011 Opt. Express 19 12913
[12]	Jin L, Wang Z, Fang Q, Liu Y G, Liu B, Kai G Y, Dong X Y 2007 Opt. Express 15 15555
[13]	Jin L, Wang Z, Liu Y Ｇ, Kai G Y, Dong X Y 2008 Opt. Express 16 21119
[14]	Bétourné A, Kudlinski A, Bouwmans G, Vanvincq O, Mussot A, Quiquempois Y 2009 Opt. Lett. 34 3083
[15]	Kibler B, Martynkien T, Szpulak M, Finot C, Fatome J, Wojcik J, Urbanczyk W, Wabnitz S 2009 Opt. Express 17 10393
[16]	Vanvincq O, Barviau B, Mussot A, Bouwmans G, Quiquempois Y, Kudlinski A 2010 Opt. Express 18 24352
[17]	Ren G B, Shum P, Zhang L R, Yan M, Yu X, Tong W J, Luo J 2006 IEEE Photonic Tech. L 18 2560
[18]	Guo T Y, Lou S Q, Li H L, Jian S S 2009 Acta Phys. Sin. 58 4724 (in Chinese)[郭铁英, 娄淑琴, 李宏雷, 简水生2009 物理学报58 4724]
[19]	Guo T Y, Lou S Q, Li H L, Jian S S 2009 Acta Phys. Sin. 58 6038 (in Chinese)[郭铁英, 娄淑琴, 李宏雷, 简水生2009 物理学报58 6038]
[20]	Zhu Z M, Brown T 2002 Opt. Express 10 853
[21]	Guo S P, Wu F, Albin S, Tai H, Rogowski R 2004 Opt. Express 12 3341
[22]	Margengo E A, Rappaport C M, Miller E L 1999 IEEE Trans. Magn. 35 1506
[23]	Ferrando A, Silvestre E, Andres P, Miret J J, Andres M V 2001 Opt. Express 9 687
[24]	Malitson I H 1965 JOSA 55 1205
[25]	Chen X, Li M J, Koh J, Artuso A, Nolan D A 2007 Opt. Express 15 10629
[26]	Litchinitser N M, Dunn S C, Usner B, Eggleton B J, White T P, Mcphedran R C, de Sterke C M 2003 Opt. Express 11 1243
[27]	Xing W Q, Bai J X, Li Y F 2012 J. Lightwave Technol. 30 821
[28]	Ren G B, Wang Z, Lou S Q, Jian S S 2004 Acta Phys. Sin. 53 1856 (in Chinese)[任国斌, 王智, 娄淑琴, 简水生 2004 物理学报53 1856]
[29]	White T P, Mcphedran R C, Martijnde Sterke C, Litchinitser N M, Eggleton B J 2002 Opt. Lett. 27 1977
[30]	Tan X L 2009 Ph. D. Dissertation (Tianjin: Tianjin University) (in Chinese) [谭晓玲2009 博士学位论文(天津: 天津大学)]

施引文献

[1]	Luan F, George A K, Hedley T D, Pearce G J, Bird D M, Knight J C, Russell P S J 2004 Opt. Lett. 29 2369
[2]	Bouwmans G, Bigot L, Quiquempois Y, Lopez F, Provino L, Douay M 2005 Opt. Express 13 8452
[3]	Mi Y, Hou L T, Zhou G Y, Wang K, Chen C, Gao F, Liu B W, Hu M L 2008 Acta Phys. Sin. 57 3583 (in Chinese)[米艳, 侯蓝田, 周桂耀, 王康, 陈超, 高飞, 刘博文, 胡明列2008 物理学报57 3583]
[4]	Cheng S F, Peng J G, Li J Y, Cheng L, Jiang Z W, Li H Q, Dai N L, Jiang F G, Yang X B 2012 Acta Phys. Sin. 61 244207 (in Chinese)[程胜飞, 彭景刚, 李进延, 程兰, 蒋作文, 李海清, 戴能利, 姜发刚, 杨晓波2012 物理学报61 244207]
[5]	Olausson C B, Shirakawa A, Chen M, LyngsØ J K, Broeng J, Hansen K P, Bjarklev A, Ueda K 2010 Opt. Express 18 16345
[6]	Fan X, Chen M, Shirakawa A, Ueda K, Olausson C B, LyngsØ J K, Broeng J 2012 Opt. Express 20 14471
[7]	Février S, Gaponov D D, Roy P, Likhachev M E, Semjonov S L, Bubnov M M, Dianov E M, Yashkov M Y, Khopin V F, Salganskii M Y 2008 Opt. Lett. 33 989
[8]	Liu X, Lægsgaard J, Turchinovich D 2010 Opt. Lett. 35 913
[9]	Jin L, Wang Z, Fang Q, Liu B, Liu Y G, Kai G Y, Dong X Y, Guan B O 2007 Opt. Lett. 32 2717
[10]	Lee H W, Chiang K S 2009 Opt. Express 17 4533
[11]	Sun Z L, Liu Y G, Wang Z, Tai B Y, Han T T, Liu B, Cui W T, Wei H F, Tong W J 2011 Opt. Express 19 12913
[12]	Jin L, Wang Z, Fang Q, Liu Y G, Liu B, Kai G Y, Dong X Y 2007 Opt. Express 15 15555
[13]	Jin L, Wang Z, Liu Y Ｇ, Kai G Y, Dong X Y 2008 Opt. Express 16 21119
[14]	Bétourné A, Kudlinski A, Bouwmans G, Vanvincq O, Mussot A, Quiquempois Y 2009 Opt. Lett. 34 3083
[15]	Kibler B, Martynkien T, Szpulak M, Finot C, Fatome J, Wojcik J, Urbanczyk W, Wabnitz S 2009 Opt. Express 17 10393
[16]	Vanvincq O, Barviau B, Mussot A, Bouwmans G, Quiquempois Y, Kudlinski A 2010 Opt. Express 18 24352
[17]	Ren G B, Shum P, Zhang L R, Yan M, Yu X, Tong W J, Luo J 2006 IEEE Photonic Tech. L 18 2560
[18]	Guo T Y, Lou S Q, Li H L, Jian S S 2009 Acta Phys. Sin. 58 4724 (in Chinese)[郭铁英, 娄淑琴, 李宏雷, 简水生2009 物理学报58 4724]
[19]	Guo T Y, Lou S Q, Li H L, Jian S S 2009 Acta Phys. Sin. 58 6038 (in Chinese)[郭铁英, 娄淑琴, 李宏雷, 简水生2009 物理学报58 6038]
[20]	Zhu Z M, Brown T 2002 Opt. Express 10 853
[21]	Guo S P, Wu F, Albin S, Tai H, Rogowski R 2004 Opt. Express 12 3341
[22]	Margengo E A, Rappaport C M, Miller E L 1999 IEEE Trans. Magn. 35 1506
[23]	Ferrando A, Silvestre E, Andres P, Miret J J, Andres M V 2001 Opt. Express 9 687
[24]	Malitson I H 1965 JOSA 55 1205
[25]	Chen X, Li M J, Koh J, Artuso A, Nolan D A 2007 Opt. Express 15 10629
[26]	Litchinitser N M, Dunn S C, Usner B, Eggleton B J, White T P, Mcphedran R C, de Sterke C M 2003 Opt. Express 11 1243
[27]	Xing W Q, Bai J X, Li Y F 2012 J. Lightwave Technol. 30 821
[28]	Ren G B, Wang Z, Lou S Q, Jian S S 2004 Acta Phys. Sin. 53 1856 (in Chinese)[任国斌, 王智, 娄淑琴, 简水生 2004 物理学报53 1856]
[29]	White T P, Mcphedran R C, Martijnde Sterke C, Litchinitser N M, Eggleton B J 2002 Opt. Lett. 27 1977
[30]	Tan X L 2009 Ph. D. Dissertation (Tianjin: Tianjin University) (in Chinese) [谭晓玲2009 博士学位论文(天津: 天津大学)]

[1]	智文强, 费宏明, 韩雨辉, 武敏, 张明达, 刘欣, 曹斌照, 杨毅彪. 漏斗型完全光子带隙光波导单向传输. 物理学报, 2022, 71(3): 038501. doi: 10.7498/aps.71.20211299
[2]	智文强, 费宏明, 韩雨辉, 武敏, 张明达, 刘欣, 曹斌照, 杨毅彪. 漏斗型完全光子带隙光波导单向传输研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211299
[3]	杨柳, 郜中星, 薛冰, 张勇刚, 蔡永茂. 基于自发辐射相干效应的可调光子带隙反射率的提高方法. 物理学报, 2018, 67(23): 234204. doi: 10.7498/aps.67.20181374
[4]	邹俊辉, 张娟. 混合准周期异质结构的带隙补偿与展宽. 物理学报, 2016, 65(1): 014214. doi: 10.7498/aps.65.014214
[5]	巴诺, 王磊, 张岩. 一维冷原子晶格中相干诱导三光子带隙. 物理学报, 2014, 63(3): 034209. doi: 10.7498/aps.63.034209
[6]	武继江, 高金霞. 含特异材料一维超导光子晶体的带隙特性研究. 物理学报, 2013, 62(12): 124102. doi: 10.7498/aps.62.124102
[7]	程胜飞, 彭景刚, 李进延, 程兰, 蒋作文, 李海清, 戴能利, 姜发刚, 杨晓波. 空芯光子晶体光纤表面模损耗控制的研究. 物理学报, 2012, 61(24): 244207. doi: 10.7498/aps.61.244207
[8]	栗岩锋, 胡晓堃, 王爱民. 基于高折射率断环结构的全固光子带隙光纤的设计. 物理学报, 2011, 60(6): 064212. doi: 10.7498/aps.60.064212
[9]	闫海峰, 俞重远, 田宏达, 刘玉敏, 韩利红. 八角光子晶体光纤传输特性与非线性特性研究. 物理学报, 2010, 59(5): 3273-3277. doi: 10.7498/aps.59.3273
[10]	王伟, 曹祥玉, 王帅, 王瑞, 郑秋容. 支撑介质对平面型电磁带隙结构带隙特性的影响. 物理学报, 2009, 58(7): 4708-4716. doi: 10.7498/aps.58.4708
[11]	赵明明, 吕燕伍, 余家新, 庞许倩. 旋转对二维正方晶格介质柱内空结构光子晶体禁带的影响. 物理学报, 2008, 57(2): 1061-1065. doi: 10.7498/aps.57.1061
[12]	米艳, 侯蓝田, 周桂耀, 王康, 陈超, 高飞, 刘博文, 胡明列. 空芯光子晶体光纤光子带隙的测量与数值模拟. 物理学报, 2008, 57(6): 3583-3587. doi: 10.7498/aps.57.3583
[13]	李蓉, 程阳, 崔丽彬, 朱峰, 周静, 刘大禾, 刘守, 张向苏. 晶格数目对面心立方结构光子晶体带隙的影响. 物理学报, 2006, 55(1): 188-191. doi: 10.7498/aps.55.188
[14]	顾建忠, 林水洋, 王闯, 喻筱静, 孙晓玮. 基于补偿型微带谐振单元的一维光子带隙结构. 物理学报, 2006, 55(8): 4176-4180. doi: 10.7498/aps.55.4176
[15]	关春颖, 苑立波. 六角蜂窝结构光子晶体异质结带隙特性研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1244-1247. doi: 10.7498/aps.55.1244
[16]	周梅, 陈效双, 徐靖, 曾勇, 吴砚瑞, 陆卫, 王连卫, 陈瑜. 中红外波段硅基两维光子晶体的光子带隙. 物理学报, 2005, 54(1): 411-415. doi: 10.7498/aps.54.411
[17]	周　梅, 陈效双, 徐　靖, 陆　卫. 硅基两维光子晶体的制备和光子带隙特性. 物理学报, 2004, 53(10): 3583-3586. doi: 10.7498/aps.53.3583
[18]	张海涛, 巩马理, 王东生, 李伟, 赵达尊. 群论在光子带隙计算中的应用. 物理学报, 2004, 53(7): 2060-2064. doi: 10.7498/aps.53.2060
[19]	王辉, 李永平. 用特征矩阵法计算光子晶体的带隙结构. 物理学报, 2001, 50(11): 2172-2178. doi: 10.7498/aps.50.2172
[20]	何拥军, 苏惠敏, 唐芳琼, 董鹏, 汪河洲. 准完全带隙胶体非晶光子晶体. 物理学报, 2001, 50(5): 892-896. doi: 10.7498/aps.50.892

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