改進(jìn)型雙層芯光子晶體光纖寬帶補償特性

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1、第卷第期燕山大學(xué)學(xué)報年月文章編號：1007-791X(2010)04-0354-05改進(jìn)型雙層芯光子晶體光纖寬帶補償特性分析及設(shè)計劉建煒，侯藍(lán)田，王偉（燕山大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，河北秦皇島）摘要：針對現(xiàn)有的補償光子晶體光纖無法較好地實現(xiàn)寬帶色散補償問題，本文利用多極法分析了色散和光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的變化關(guān)系。通過減小同軸雙層芯光子晶體纖結(jié)構(gòu)中雙芯之間的空氣孔直徑，并隨后增大孔間距，設(shè)計出了一種在波段范圍內(nèi)與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖色散系數(shù)相補償?shù)墓庾泳w光纖，實現(xiàn)了這一波段的寬帶補償，模擬結(jié)果表明具有很好的補償效果。關(guān)鍵詞：多極法；色散；色散斜率；波段，中圖分類號：TN252文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：1

2、0.3969/j.issn.1007-791X.2010.04.015引言一步分析了其它結(jié)構(gòu)參數(shù)對色散斜率的影響?？偨Y(jié)出一種寬帶范圍內(nèi)可以使色散和色散斜率同時得在高速光纖通信系統(tǒng)中，色散成為限制傳輸速到補償?shù)脑O(shè)計思路。率的主要因素。在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中不僅需要光纖通信系統(tǒng)中的黃金波段波段（對寬帶波長范圍進(jìn)行色散補償，并且還需要考慮對），是目前光纖通信中應(yīng)用最多的波段，在色散斜率的補償。這一波段設(shè)計有大負(fù)色散系數(shù)，及與普通單模光纖采用色散補償光纖（色散和色散斜率相補償?shù)?，是很有，）是現(xiàn)在采用較多的手段也是比較成意義的。因此，在上述寬帶色散補償分析基礎(chǔ)上，熟的方法。光子晶體光纖（，設(shè)計出了具

3、有良好補償效果的。）擁有了一些與傳統(tǒng)光纖不同的傳輸特性，人們通過合理設(shè)計結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)色散補償?shù)墓δ?，基本理論并且還可以對寬帶范圍的色散斜率提供有效的補寬帶補償需要在整個波段內(nèi)對色散系數(shù)進(jìn)償。行補償，補償光纖的色散公式如下其中雙層芯補償光子晶體光纖得到廣泛研究，通過合理的參數(shù)選擇，可以設(shè)計出在單一波長，處具有大負(fù)色散的補償光子晶體光纖（，），色散斜率是描述色散變化的主要變量，與色散的關(guān)例如文獻(xiàn)中采用雙芯結(jié)構(gòu)設(shè)計出在系為附近色散值達(dá)到，但是這種結(jié)構(gòu)只適合做窄帶補償，其無法較好的實現(xiàn)色散，斜率的寬帶補償。光通信系統(tǒng)中，如果要達(dá)到理想的寬帶色散補償，本文在這種結(jié)構(gòu)上做出改進(jìn)，嘗試改變雙層芯一般要

4、求色散補償光纖的值與被補償光纖接之間的空氣孔直徑，實現(xiàn)了色散斜率的改善，并進(jìn)近或相等。相關(guān)色散斜率（收稿日期：基金項目：國家自然科學(xué)基金重點資助項目（；）作者簡介：劉建煒（），男，河北邯鄲人，碩士研究生，主要研究方向為光子晶體光纖色散理論模擬；通信作者：侯藍(lán)田（），男，吉林長春人，教授，主要研究方向為光子晶體光纖和大功率光纖激光器，：。第期劉建煒等改進(jìn)型雙層芯光子晶體光纖寬帶補償特性分析及設(shè)計，）是色散斜率與色散系數(shù)的比值處色散值達(dá)到，可以在寬度內(nèi)做有限的窄帶補償，在，此范圍之外的色散絕對值急劇下降，色散斜率急劇增大。式中，和為被補償光纖的色散系數(shù)和色散斜率，和為色散補償光纖的色散系數(shù)和

5、色散斜率。另外，實現(xiàn)寬帶色散補償需要在色散斜率和色散值之間找到一個平衡，兩者均能兼顧為最佳。通常情況下，用補償后的殘余有效色散系數(shù)來評價色散補償?shù)膶拵⒀a償性能，式中，、分別為被補償光纖的長度和色散系數(shù)；圖雙層芯截面示意圖、分別為色散補償光纖的長度和色散系數(shù)。本文利用的數(shù)值模擬方法是多極法（，），它廣泛應(yīng)用于分析光子晶體光纖的模式、色散以及損耗等特性，計算多個圓孔的結(jié)構(gòu)時具有非常高的精度，其公式是由多芯傳統(tǒng)光纖一種計算方法的擴(kuò)展，能夠快速收斂，是一種計算精確的數(shù)值計算方法。散通過設(shè)定光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)的數(shù)值，首先利用多極色法計算出不同波長處的模式有效折射率，然后利用的實部和相關(guān)的補償參數(shù)計算

6、公式，波長帶入程序計算，并加以圖像化分析。圖雙層芯色散隨減小曲線改進(jìn)型雙層芯補償光子晶體光纖的補償特性分析根據(jù)寬帶色散補償理論，由于最大負(fù)色散傳統(tǒng)雙層芯在寬帶補償中存在的問題點兩側(cè)的色散斜率很大，只能在有限的波長范圍內(nèi)做補償。對于較寬的波長范圍，應(yīng)該合理減小色如圖所示，傳統(tǒng)雙層芯只需要調(diào)整散斜率的數(shù)值，使之滿足寬帶色散斜率補償要求。個參數(shù)，分別是第二層空氣孔直徑、包層空氣以上數(shù)值結(jié)果用以說明傳統(tǒng)雙芯窄帶補償?shù)目字睆胶涂组g距，即可得到大負(fù)色散值。圖中央局限性，下文將在這種雙層芯光纖結(jié)構(gòu)和參數(shù)基礎(chǔ)黑色區(qū)域代表核芯，光束在其中傳輸?shù)哪Ｊ椒Q為基上加以改進(jìn)，得到一種改進(jìn)型結(jié)構(gòu)的雙芯，并模；第二層小

7、孔區(qū)域是第二層芯，傳輸?shù)哪Ｊ椒Q為研究通信波段標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的色散寬帶二階模。隨著波長的增大，兩芯中各自的傳輸模式補償。會在某一波長處產(chǎn)生強烈耦合，導(dǎo)致這某一波長處的折射率發(fā)生突變，從而在這一點及其附近非常窄減小后色散和色散斜率的變化的波長范圍內(nèi)，產(chǎn)生大負(fù)色散值，這一耦合波長如圖，在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上減小雙芯之間空氣被稱為相位匹配波長，即最低點對應(yīng)的波長。孔直徑（），通過數(shù)值模擬后，發(fā)現(xiàn)可以改利用多極法和式，當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，善寬帶色散斜率的補償