[論文レビュー] A New Design of Ultra-Flattened Near-zero Dispersion PCF Using Selectively Liquid Infiltration

Partha Sona Maji, Partha Roy Chaudhuri|arXiv (Cornell University)|Dec 25, 2014

Photonic Crystal and Fiber Optics参考文献 19被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、三角格子構造の最初のリングの空孔にのみインデックスマッチング液体を効果的に注入することで、超平坦な近似ゼロ色分散を実現する新しいフォトニッククリスタルファイバー（PCF）設計を提案する。液体の屈折率、穴間隔、空孔径を最適化することで、広帯域にわたり0 ± 0.15 ps/(nm·km)の分散を達成し、実用的な液体注入によって1.26–1.80 µmの波長範囲内で276–492 nmの帯域幅にわたり、ほぼゼロの超平坦な分散（D = 0 ± 0.48 ps/(nm·km)）が実現される。

ABSTRACT

The paper report new results of chromatic dispersion in Photonic Crystal Fibers (PCFs) through appropriate designing of index-guiding triangular-lattice structure devised, with a selective infiltration of only the first air-hole ring with index-matching liquid. Our proposed structure can be implemented for both ultra-low and ultra-flattened dispersion over a wide wavelength range. The dependence of dispersion parameter of the PCF on infiltrating liquid indices, hole-to-hole distance and air-hole diameter are investigated in details. The result establishes the design to yield a dispersion of 0+-0.15ps/ (nm.km) in the communication wavelength band. We propose designs pertaining to infiltrating practical liquid for near-zero ultra-flat dispersion of D=0+-0.48ps/ (nm.km) achievable over a bandwidth of 276-492nm in the wavelength range of 1.26 μm to 1.80μm realization.

研究の動機と目的

• 広帯域にわたり超平坦な近似ゼロ色分散を有するフォトニッククリスタルファイバー（PCF）の設計を目的とする。
• インデックスガイド型PCFにおける液体注入の分散特性への影響を調査することを目的とする。
• 実現可能な屈折率を有する液体を用いて実用的な実装を達成することを目的とする。
• 穴間隔、空孔径、液体屈折率といった構造パラメータを最適化し、分散の平坦化を図ることを目的とする。
• 1.26–1.80 µmの窓内において、276–492 nmの帯域幅で分散変動が±0.48 ps/(nm·km)以内となる性能を示すこと

提案手法

• PCFは、中心コアを有する三角格子配置の空孔から構成される。
• 唯一、最初のリングの空孔のみがインデックスマッチング液体で選択的に注入され、残りの空孔は空気で満たされたままである。
• 分散特性は、フルベクトルアプローチを用いた有限要素法（FEM）により数値的に解析された。
• 液体屈折率、穴間隔、空孔径が分散に与える影響が体系的に調査された。
• 分散曲線の傾きと変動を最小化するための設計最適化が実施された。
• 実現可能な液体は、その屈折率に基づいて選択され、ほぼゼロの超平坦な分散を実現した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インデックスガイド型PCFにおける最初の空孔リングへの選択的液体注入が、色分散に与える影響は何か？
• RQ2 超平坦な分散を実現するための最適な穴間隔と空孔径は何か？
• RQ3 実用的な液体を用いて、広帯域にわたり分散変動が最小限に抑えられたほぼゼロの分散を実現可能か？
• RQ4 分散変動が±0.48 ps/(nm·km)以内となる最大の実現可能帯域幅は何か？
• RQ5 注入液体の屈折率が分散プロファイルに与える影響は何か？

主な発見

• 提案されたPCFは、広帯域にわたり0 ± 0.15 ps/(nm·km)の分散を達成しており、超平坦な近似ゼロ色分散を示している。
• 実用的液体を用いた注入により、1.26–1.80 µmの窓内において276–492 nmの帯域幅にわたり、分散が0 ± 0.48 ps/(nm·km)に収束する。
• 分散の平坦化は、注入液体の屈折率に極めて敏感であり、最適な値をとることで分散変動が最小限に抑えられる。
• 穴間隔と空孔径は、分散の傾きと帯域幅に顕著な影響を与える。
• 最初のリングの空孔のみを効果的に注入することで、コア構造を変更せずに分散を制御できる。
• 広帯域光通信システムが低分散かつ平坦な分散を要する応用分野において、本設計の実現可能性が示された。