[论文解读] 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 10

一句话总结

本文提出一种新型光子晶体光纤（PCF）设计，通过仅在三角晶格结构的第一环空气孔中选择性填充折射率匹配液体，实现超平坦近零色散。通过优化液体折射率、孔间距和空气孔直径，该设计在宽波段范围内实现色散为 0 ± 0.15 ps/(nm·km)，实际液体填充后在 1.26–1.80 µm 波段内实现 276–492 nm 波长范围内的近零超平坦色散（D = 0 ± 0.48 ps/(nm·km））。

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.

研究动机与目标

• 设计一种在宽波长范围内具有超平坦近零色度色散的光子晶体光纤（PCF）。
• 研究液体填充对导光型 PCF 色散特性的影响。
• 通过使用可实现的折射率匹配液体实现实际应用。
• 优化结构参数——孔间距、空气孔直径和液体折射率，以实现色散展宽。
• 在 1.26–1.80 µm 窗口内实现 276–492 nm 带宽，色散变化在 ±0.48 ps/(nm·km) 以内。

提出的方法

• PCF 采用空气孔的三角晶格排列，中心为纤芯。
• 仅第一圈空气孔选择性填充折射率匹配液体，其余保持空气填充。
• 采用全矢量有限元法（FEM）对色散特性进行数值分析。
• 系统研究液体折射率、孔间距和空气孔直径对色散的影响。
• 通过优化设计，最小化色散曲线的斜率与波动。
• 根据液体折射率选择实际可用液体，以实现近零超平坦色散。

实验结果

研究问题

• RQ1 在导光型 PCF 中，仅对第一圈空气孔进行选择性液体填充如何影响色度色散？
• RQ2 实现超平坦色散的最优孔间距和空气孔直径为何值？
• RQ3 能否使用实际液体在宽波段内实现近零色散且波动最小？
• RQ4 色散变化在 ±0.48 ps/(nm·km) 以内的最大可实现带宽是多少？
• RQ5 填充液体的折射率如何影响色散分布？

主要发现

• 所提出的 PCF 在宽波长范围内实现色散为 0 ± 0.15 ps/(nm·km)，表明具有超平坦近零色散特性。
• 在实际液体填充条件下，该设计在 1.26–1.80 µm 窗口内 276–492 nm 带宽范围内实现色散为 0 ± 0.48 ps/(nm·km)。
• 色散展宽对填充液体的折射率高度敏感，最优折射率可实现最小波动。
• 孔间距和空气孔直径显著影响色散斜率与带宽。
• 仅对第一圈空气孔进行选择性填充，可有效控制色散，而无需改变纤芯结构。
• 该设计在需要低且平坦色散的宽带光通信系统中具有可行性。