改进型双层芯光子晶体光纤宽带补偿特性

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1、第卷第期燕山大学学报年月文章编号：1007-791X(2010)04-0354-05改进型双层芯光子晶体光纤宽带补偿特性分析及设计刘建炜，侯蓝田，王伟（燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛）摘要：针对现有的补偿光子晶体光纤无法较好地实现宽带色散补偿问题，本文利用多极法分析了色散和光纤结构参数之间的变化关系。通过减小同轴双层芯光子晶体纤结构中双芯之间的空气孔直径，并随后增大孔间距，设计出了一种在波段范围内与标准单模光纤色散系数相补偿的光子晶体光纤，实现了这一波段的宽带补偿，模拟结果表明具有很好的补偿效果。关键词：多极法；色散；色散斜率；波段，中图分类号：TN252文献标识码：ADOI：1

2、0.3969/j.issn.1007-791X.2010.04.015引言一步分析了其它结构参数对色散斜率的影响。总结出一种宽带范围内可以使色散和色散斜率同时得在高速光纤通信系统中，色散成为限制传输速到补偿的设计思路。率的主要因素。在密集波分复用系统中不仅需要光纤通信系统中的黄金波段波段（对宽带波长范围进行色散补偿，并且还需要考虑对），是目前光纤通信中应用最多的波段，在色散斜率的补偿。这一波段设计有大负色散系数，及与普通单模光纤采用色散补偿光纤（色散和色散斜率相补偿的，是很有，）是现在采用较多的手段也是比较成意义的。因此，在上述宽带色散补偿分析基础上，熟的方法。光子晶体光纤（，设计出了具

3、有良好补偿效果的。）拥有了一些与传统光纤不同的传输特性，人们通过合理设计结构可以实现色散补偿的功能，基本理论并且还可以对宽带范围的色散斜率提供有效的补宽带补偿需要在整个波段内对色散系数进偿。行补偿，补偿光纤的色散公式如下其中双层芯补偿光子晶体光纤得到广泛研究，通过合理的参数选择，可以设计出在单一波长，处具有大负色散的补偿光子晶体光纤（，），色散斜率是描述色散变化的主要变量，与色散的关例如文献中采用双芯结构设计出在系为附近色散值达到，但是这种结构只适合做窄带补偿，其无法较好的实现色散，斜率的宽带补偿。光通信系统中，如果要达到理想的宽带色散补偿，本文在这种结构上做出改进，尝试改变双层芯一般要

4、求色散补偿光纤的值与被补偿光纤接之间的空气孔直径，实现了色散斜率的改善，并进近或相等。相关色散斜率（收稿日期：基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（；）作者简介：刘建炜（），男，河北邯郸人，硕士研究生，主要研究方向为光子晶体光纤色散理论模拟；通信作者：侯蓝田（），男，吉林长春人，教授，主要研究方向为光子晶体光纤和大功率光纤激光器，：。第期刘建炜等改进型双层芯光子晶体光纤宽带补偿特性分析及设计，）是色散斜率与色散系数的比值处色散值达到，可以在宽度内做有限的窄带补偿，在，此范围之外的色散绝对值急剧下降，色散斜率急剧增大。式中，和为被补偿光纤的色散系数和色散斜率，和为色散补偿光纤的色散系数和

5、色散斜率。另外，实现宽带色散补偿需要在色散斜率和色散值之间找到一个平衡，两者均能兼顾为最佳。通常情况下，用补偿后的残余有效色散系数来评价色散补偿的宽带色散补偿性能，式中，、分别为被补偿光纤的长度和色散系数；图双层芯截面示意图、分别为色散补偿光纤的长度和色散系数。本文利用的数值模拟方法是多极法（，），它广泛应用于分析光子晶体光纤的模式、色散以及损耗等特性，计算多个圆孔的结构时具有非常高的精度，其公式是由多芯传统光纤一种计算方法的扩展，能够快速收敛，是一种计算精确的数值计算方法。散通过设定光纤结构参数的数值，首先利用多极色法计算出不同波长处的模式有效折射率，然后利用的实部和相关的补偿参数计算

6、公式，波长带入程序计算，并加以图像化分析。图双层芯色散随减小曲线改进型双层芯补偿光子晶体光纤的补偿特性分析根据宽带色散补偿理论，由于最大负色散传统双层芯在宽带补偿中存在的问题点两侧的色散斜率很大，只能在有限的波长范围内做补偿。对于较宽的波长范围，应该合理减小色如图所示，传统双层芯只需要调整散斜率的数值，使之满足宽带色散斜率补偿要求。个参数，分别是第二层空气孔直径、包层空气以上数值结果用以说明传统双芯窄带补偿的孔直径和孔间距，即可得到大负色散值。图中央局限性，下文将在这种双层芯光纤结构和参数基础黑色区域代表核芯，光束在其中传输的模式称为基上加以改进，得到一种改进型结构的双芯，并模；第二层小

7、孔区域是第二层芯，传输的模式称为研究通信波段标准单模光纤的色散宽带二阶模。随着波长的增大，两芯中各自的传输模式补偿。会在某一波长处产生强烈耦合，导致这某一波长处的折射率发生突变，从而在这一点及其附近非常窄减小后色散和色散斜率的变化的波长范围内，产生大负色散值，这一耦合波长如图，在原有结构基础上减小双芯之间空气被称为相位匹配波长，即最低点对应的波长。孔直径（），通过数值模拟后，发现可以改利用多极法和式，当结构参数，善宽带色散斜率的补偿