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OptiMode:应用矢量有限元法模拟空心光纤
时间:2018-06-12 11:00来源:讯技光电作者: 技术部点击:打印
概述
 
空芯光纤利用一个光子带隙结构代替传统低折射率覆盖层来实现导光。由于主要光功率是通过中心气孔传输,这类光纤能够抵消,如非线性光学效应。空芯光纤还具有其他优势,如极低的弯曲损耗、极端色散值以及通过将空气替换为其它气体来改变中心材料等。
 
1. 应用
高功率光学
激光
脉冲压缩
色散补偿
传感
弯曲波导
 
2. 生成合适的网格
 

 
3. 优势
矢量有限元法速度极快
精准的几何近似,这对于空芯光纤极为重要
能够对导模折射率小于1的模式进行搜索,这是空心光纤特有的性能
单轴完全匹配层可用于找到遗漏模式
三角网格尺寸可以适用于精确近似电场和波导几何体
利用波导的对称性,可以减小模拟区域并定位于特定对称的模式 
 
4. 模拟描述
矢量有限元法模态求解器可用于寻找空芯光纤的导模。空芯光纤具有一些特性,使其具有独特的性质但也难于精确建模。导向机制是由周期性结构提供的,该周期性结构在感兴趣的波长范围内具有一个带隙。该模式具有高度依赖于波长以及中心缺陷的光子晶体的特点。几何体必须利用三角网格进行精确近似。
空芯光纤如文献[1]中所示,图中的蓝色和红色分别为空气和二氧化硅的折射率。通过使用VFEM模式求解器的两个核心优势来生成网格从而叠加再折射率曲线上。首先,由于问题的对称性,将仿真域缩小了4倍。最小x和y边界条件(BCs)设置为电墙(EW)和磁墙(MW)的组合。EW和MW的独特组合决定了对称光学模式的类型。然后,假设其基模的电场分布是自然的高斯分布。因此,网格获得接波导中心近场的最优解。
 
图1 HE11模式(坡印廷矢量)
 
晶格间距为1微米,当入射光为620nm时找到了不同的模式,在文献[1]中进行了分类。使用了一个小于1的导模折射率来寻找导模。其中,HE11模式的导模值为0.993,如图1所示。其它的高阶模在导模折射率0.98附近。他们被分类为TE01,TM01和HE21模式。沿传输方向的坡印廷矢量如图2-4所示。
合适的网格划分,采用了模拟域以及能够在一个评估的模态折射率附近搜寻模式,使VFEM模式求解器成为空心光纤应用的不二选择。
  
图2和图3 TE01模式和HE21模式

图4 TM01模式
 
参考文献
[1] K. Z. Aghaie, V. Dangui, M. J. F. Digonnet, S. Fan, and G. S. Kino,
“Classification of the Core modes of hollow-core photonic-bandgap
fibers,” IEEE J. Quantum Electron., vol. 45, no. 9, pp. 1192–1200,200
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