等效漸變包層折射率光子晶體光纖設(shè)計研究獲進展
近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所高功率激光單元技術(shù)實驗室研究團隊在等效漸變包層折射率光子晶體光纖設(shè)計研究方面取得新進展?？蒲袌F隊面對新型光纖激光器和非線性光纖光學(xué)研究中對特殊色散光纖的需求，創(chuàng)新提出等效漸變包層折射率光子晶體光纖的新概念，圍繞特殊色散光纖的逆向設(shè)計問題開展研究。研究提出了等效漸變包層折射率光子晶體光纖色散經(jīng)驗公式，并結(jié)合差分遺傳算法實現(xiàn)了光子晶體光纖在更大色散空間中的光纖結(jié)構(gòu)逆向設(shè)計，光纖設(shè)計軟件運行實現(xiàn)秒級輸出，較傳統(tǒng)有限元數(shù)值迭代方法縮短了近3個數(shù)量級。相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Lightwave Technology上。
近年來，光子晶體光纖（PCF）因其靈活的色散裁剪特性，在光纖通信、光纖激光器、非線性光學(xué)等方面得到應(yīng)用。等效漸變包層折射率光子晶體光纖作為改進的光子晶體光纖，可為光纖設(shè)計帶來更多的自由度，進一步提升色散的可調(diào)控性，而更多的自由度也為光纖設(shè)計帶來了困難。
研究人員從經(jīng)典光波導(dǎo)理論出發(fā)，結(jié)合有限元數(shù)值計算，量化光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)和色散的關(guān)系，采用共軛梯度算法擬合得到經(jīng)驗公式。將差分遺傳算法與色散經(jīng)驗公式相結(jié)合，可以實現(xiàn)基于計算機輔助的任意目標(biāo)色散的快速光纖自動設(shè)計。研究利用該方法設(shè)計出在S+C+L波段近零色散，以及可用于1μm波段自相似演化的放大器或激光器的漸變?nèi)⒐饫w結(jié)構(gòu)。
研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點研究計劃的資助。
圖1.（a）梯度等效折射率光子晶體光纖端面（四分之一）；（b）孔間距Λ=3.5μm，經(jīng)驗公式（紅）與有限元數(shù)值分析（黑）計算結(jié)果對比
圖2.（a）逆向設(shè)計的零色散光纖在S+C+L波段的色散結(jié)果；（b）設(shè)計的漸變?nèi)㈠F形光纖在不同位置的色散結(jié)果
