FDTD分析光子晶体光纤弯曲
二维光子晶体波导传输特性的FDTD分析

0引言1987年,美国的E.Yablonovitch [1]和S.John [2]各自独立地提出了“光子晶体”(photonics crystal )的概念,即如果将折射系数不同的介质在空间按一定的周期排列,当周期参数与光波长同一数量级时,由于周期结构带来的布拉格散射,那么该晶体能够在一定的频率范围内产生“光子带隙”(photonic band gap ,PBG ),也称“光子禁带”。
光子晶体的能带结构特性决定了其不同于其他介电材料的特性。
光子晶体[3,4]是一种具有周期结构的人造材料,因为其应用范围广泛,一经问世就引起了学术界高度关注。
随着对光子晶体的深入研究,科学家们相信对光子晶体的研究和应用将会极大地推动光子学和光子产业的发展。
目前,在理论上,科学家们提出了多种模拟计算光子晶体的理论方法。
具有固定结构和参数的光子晶体,借助计算机,人们可以很容易计算出其能带结构、反射和透射等物理性质。
在二维光子晶体方面,分析研究不同介质常数形成的不同周期结构的光子晶体的能带结构和分析由线缺陷构成的光波导的特性仍是人们的研究课题之一。
本论文将采用时域有限差分法研究无限长Al 2O 3介质棒在空气中排列形成的二维光子晶体,通过分析反射和透射等特性,算出该完整周期结构光子晶体的带隙。
接着设计一种线缺陷,形成波导结构,进而计算和验证缺陷态的存在。
1计算方法时域有限差分法(FDTD )是电磁场数值计算的经典方法之一,其被应用于光子晶体的理论研究[5]始于上世纪90年代。
在三维直角坐标系中,时域有限差分(FDTD )中离散的电场和磁场的空间分布如图1所示,每一个磁场分量周围有四个电场分量;每一个电场分量周围有由四个磁场分量。
电磁场分量的这种空间取样方式既符合符合法拉第电磁感应定律和安培环路定律,又适合Maxwell 方程的差分计算,可以完整地描述电磁场随着实践在空间的的传播。
根据时域有限差分(FDTD)理论,Maxwell差分方程可以写为:同理可以写出H y 、H z 、E y 、E z 的Maxwell 差分方程。
等离子体光子晶体的FDTD分析

南京航空航天大学硕士学位论文等离子体光子晶体的FDTD分析姓名:***申请学位级别:硕士专业:电磁场与微波技术指导教师:***20080401南京航空航天大学硕士学位论文摘要光子晶体是一种由两种介电常数不同的介质周期性排列构成的人工材料,即所谓的“光半导体”。
由于其独特的性能和潜在的巨大的应用前景,光子晶体已成为近十多年来国际科学领域研究热点。
等离子体光子晶体是等离子体和介质或真空构成的周期性结构。
本文分别对一维和二维以及三维的等离子体光子晶体结构进行数值仿真研究,研究了不同几何结构和等离子体参数下电磁带隙结构的特性,以掌握其带隙与等离子体光子晶体各项参数之间的内在联系,为等离子体光子晶体结构的具体设计提供指导。
由于等离子体光子晶体结构的复杂性,使人们难以对其做定性的或者解析分析,只能应用繁复的数值模拟,因此等离子体光子晶体计算方法是本论文的主要内容之一。
时域有限差分方法(FDTD)在电磁场数值模拟领域正受到越来越多的注意。
它直接在时域求解离散化了的麦克斯韦方程组,能模拟任意几何形状的结构;它的另外一个优点是可以通过输入脉冲得到脉冲响应进行傅立叶变换,一次计算出包含很大频率范围的结果。
本文使用了一种新的色散介质的积时域有限差分方法,分段线性电流密度递归卷积时域有限差分方法,来处理等离子体光子晶体结构模型中复杂的等离子体部分的计算。
光子晶体的主要特性就是光子禁带,然而只有特殊的周期结构才有光子禁带,因此光子晶体结构设计是光子晶体理论研究的重要内容。
本文分析了等离子体光子晶体的各项参数对带隙的影响。
研究发现,介电常数阶跃变化越大,越容易频繁地出现电磁带隙。
当介电常数变化相近的时候,电磁带隙几乎消失。
文章还进一步计算了二维离子体光子晶体中等离子体参数对带隙的影响。
结果表明随着等离子体频率的升高,带隙特性越发明显,带隙深度增加,宽度也再明显加大。
另外,本文还对三维等离子体光子晶体带隙作了初步的数值仿真。
基于FDTD法模拟一维TiO_2光子晶体缺陷态的研究

21 0 0年 1 月 2
光 电技 术 应 用
ELE TRO —OKII TEC C ' C HNOL OGY APP CA 1 LI T 0N
Vo . 5. . 1 2 No 6 De e e . 0 0 c mb r 2 1
・
光 电器 件 与材 i o i F T ;h tnc rsa; O / i2 p oo i a dg p yw r sf t df rn et d man( D D)p oo i cytl ne f me s Tie SO ;h tnc b n a s
光 子 晶体 由于具有 “ 子禁 带 ”和“ 光 光子 局 域 ” 的特 性 , 得人 们 对 于光 子 晶体 的研 究 热 潮 一 浪 高 使 过一 浪 . 子 晶体不 仅具 有理 论价 值 , 光 更具 有非 常广 阔的应 用前 景 , 这个 领 域 已经 成 为 国际 学术 界 的研 究热点 . 9 9年 底 , 子 晶 体 方 面 的 研 究 还 被 《 19 光 科 学》 志评 选为 十大 重大进 展 的研 究领 域之 一 . 杂 光子 晶体 的概 念是 在 18 9 7年分 别 由 S Jh .o n和
FDTD i u a e t dy o he Pho o i nd Ga Sm ltd S u n t t n c Ba p
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GUO a —in, M ot a REN h —e Z i i l
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FDTD软件介绍及案例分析一

比较模拟性能的理想化设备相对的装置,就能制造的——在 这儿,把表面粗糙度测量通过原子力显微镜的测量——可以帮 助找出在设计和生产过程的设备性能改善的好处。
11
CMOS图像传感器像素设计
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CMOS图像传感器像素设计
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CMOS图像传感器像素设计
• 第三步:优化角度回应的CMOS图像传感器和测量主要射线 角度:增加光学效率、降低光谱光相声
测量光谱光相声,向下的功率流在邻近的sub-pixels可以 计算,结合矢量。光谱光相声一般产生最小光学效率最大化, 但在陡峭的角度入射高浓度的相声观察到,在某种程度上,不 可避免的。更复杂的装置设计,由其他的像素元素(如互连) 也改变时,可以提供一种方法,可以减少整体相声水平。
fdtd有限时域差分在光电中的应用

fdtd有限时域差分在光电中的应用FDTD(有限时域差分)是一种计算电磁波传播和相互作用的数值方法,广泛应用于光电领域。
它通过将时间和空间分割为离散单元,利用数值迭代来模拟电磁波在介质中的传播和相互作用,能够从微观的角度来研究光电现象,为理论和实验研究提供重要支持。
FDTD在光电中的应用非常广泛,可以涵盖许多研究领域。
下面将详细介绍FDTD在光电中的几个典型应用。
首先是FDTD在光传输和光波导中的应用。
光传输是指光在介质中传播的过程,而光波导是一种能够通过总反射将光束限制在特定区域内传输的波导结构。
FDTD可以用来模拟光在各种类型波导中的传播过程,研究它们的传输特性,比如模式的传播损耗、模式耦合等。
利用FDTD,可以优化光波导的设计,提高光传输的效率。
其次是FDTD在光电器件设计中的应用。
光电器件是将光与电相互转换的设备,包括太阳能电池、光纤通信器件等。
通过FDTD,可以对光电器件的结构进行仿真优化,预测其性能,并提供对实验的指导。
例如,FDTD可以用来设计太阳能电池的纳米结构,提高其吸收效率和光电转换效率;还可以模拟光纤中的光耦合、衍射、色散等效应,优化光通信器件的传输性能。
第三是FDTD在光学成像中的应用。
FDTD可以用来研究光在介质中的散射、吸收、折射等过程,模拟光在不同材料中的传播行为,从而对光学成像的原理和性能进行分析。
FDTD在计算机辅助医学成像、光学显微成像等领域的研究中有着广泛应用。
例如,可以利用FDTD模拟光在人体组织中的散射和吸收过程,研究光学成像技术在肿瘤检测和诊断中的应用。
此外,FDTD还可以应用于光电材料和光子晶体的研究。
光电材料是一种能够将光子能量转换为电子能量的材料,广泛应用于光伏发电、光传感等领域。
利用FDTD,可以模拟光在光电材料中的光吸收、载流子的产生和传输等过程,为光电材料的性能优化提供理论指导。
光子晶体则是一种具有周期性介质结构的材料,能够调控光的传播和能带结构。
二维光子晶体线缺陷特性的FDTD分析

光 子 晶体是 Y booih和 Jh 别在 讨论 周 al vc n t on分 期性 电介 质 结构对 材料 中光 传播 行为 的影 响各 自独 立提 出来 的L J因其 具有 控 制光 子 的流 动 能 力 而 1 , 备受关 注 L . 子 晶体 的结 构 可理 解 为折 射 率 周 3 光 J 期 性排 布 的一 种材 料 , 这 种 折 射 率 呈周 期 性 排 布 在 的电介材 料 中 , 些 波段 的 电磁 波 因 周期 性 结 构 的 某 强 散射效 应 (t n aeig fc) 无法在 电介 材 sogs tr et将 r ct n e 料 中 传 播 , 而 形 成 光 子 带 隙 结 构 -] pooi 因 2( ht c n b dgpss m, 称 P G结 构 ) 光 子 晶体 的非 凡 n a .a yt 简 e B . 本领 正是 由于这个 带 隙结构 的存在 . 在二 维 的完整 光 子 晶体 中引 入 缺 陷后 , 子 晶 光
结果表 明, 于禁 带内的电磁波能在线缺陷内传播 , 处 且在 拐角处能耗较 小. 计算 了处 于带隙 内的单频时谐波在 几种 线缺 陷结构 内的传播行为及 电场分布 , 电场值分布仍可得到单频 时谐波 在拐角处 能耗小 的结论 . 从
关键词 : 子晶体 时域有 限差 分方法 光子晶体波导 光
m i m to F T .T eT aeo htncc s ls h sac bet h as si ofc n ess a e d( D D) h E w v f o i r t er e r ojc.T et nmi o ce i t ru n h p o y a i t e h r sn i fe v
W ANG h n y n L U h o b n S e — u . I S a — i
光子晶体光纤的研究
光子晶体光纤的研究光子晶体光纤是一种由光子晶体材料制成的光纤结构,具有一系列独特的光学和传输特性。
它相比传统的光纤,具有更低的损耗和更大的带宽,适用于光通信、光传感、光声学等领域。
在过去的几十年中,光子晶体光纤的研究取得了许多重要的进展,本文将对其中的关键问题进行综述。
首先,我们将介绍光子晶体光纤的基本原理。
光子晶体是具有周期性结构的光学材料,其周期往往与入射光的波长相当。
通过精确设计和控制光子晶体的结构参数,比如晶格常数、填充率等,可以实现对光的传输和控制。
在光子晶体光纤中,光的传输是通过光子晶体的周期性折射率变化引导的,从而实现低损耗和大带宽的特性。
其次,我们将重点介绍光子晶体光纤的设计和制备方法。
光子晶体光纤可以通过多种方法来制备,包括体外法、孔蚀法和结合法等。
其中,体外法是最常用的方法之一,其基本步骤是将光子晶体材料制备成光纤的预制坯料,然后通过拉伸和微调制得到所需的光纤结构。
在制备过程中,需要注意光子晶体的晶格参数和填充率对光纤性能的影响,以及如何实现精确控制和调节。
然后,我们将介绍光子晶体光纤的光学特性。
光子晶体光纤的光学特性主要是由光子晶体的结构和材料的选取所决定的。
光子晶体的周期结构可以实现对光的波长选择性传输,从而实现对光的色散和非线性效应的控制。
此外,光子晶体材料的选择也决定了光纤的损耗和带宽,常用的材料包括硅、玻璃、聚合物等。
通过设计和优化光子晶体光纤的结构和材料,可以实现对光纤的性能的控制和调节。
最后,我们将讨论光子晶体光纤在实际应用中的一些研究进展和挑战。
光子晶体光纤具有许多潜在的应用,例如高速通信、传感和光声学等领域。
在高速通信中,光子晶体光纤可以实现更高的传输速率和更长的传输距离,从而提高光纤通信系统的性能。
在传感方面,光子晶体光纤可以实现对温度、压力、化学成分等的高灵敏度测量。
在光声学中,光子晶体光纤可以实现对声波的传输和控制,为光声成像、光声治疗等提供新的可能性。
fdtd光学仿真原理
fdtd光学仿真原理
FDTD(Finite-Difference Time-Domain)是一种基于有限差分时间域方法的光学仿真原理。
它是一种数值计算方法,用于模拟电磁波在空间和时间上的传播和相互作用。
FDTD方法基于Maxwell方程组,通过将空间和时间离散化为网格,将电场和磁场分量在网格点上进行计算。
在每个时间步长中,根据电场和磁场的更新公式,计算它们在下一个时间步长的值。
通过迭代计算,可以模拟电磁波的传播和相互作用过程。
FDTD方法的优点包括简单易懂、适用于各种复杂的光学结构和材料、能够考虑非线性和吸收等效应。
它广泛应用于光学器件设计、光纤通信、光子晶体等领域的仿真和优化。
在进行FDTD光学仿真时,需要确定网格的大小和分辨率、时间步长的选取、边界条件的设定等。
此外,还需要考虑材料的折射率、吸收系数等参数的设定,以及光源的位置和波长等。
总之,FDTD光学仿真原理是基于有限差分时间域方法的数值计算方法,用于模拟电磁波在空间和时间上的传播和相互作用。
它是一种强大的工具,可以帮助研究人员和工程师设计和优化各种光学器件和系统。
1。
FDTD方法在光子晶体光纤中的应用
文章编号:100525630(2005)0420022204FD TD 方法在光子晶体光纤中的应用Ξ刘 珂,杨冬晓(浙江大学信息与电子工程学系,浙江杭州310027) 摘要:光子晶体光纤是近年来研究的热点,提出时域有限差分法在光子晶体光纤理论分析中应用的具体方法。
通过实例计算,得到了光子晶体光纤的有效折射率等传播参量。
关键词:时域有限差分法;FD TD ;光子晶体光纤中图分类号:TN 252 文献标识码:AThe appl ica tion of FD T D m ethod i n photon ic crysta l f ibersL IU K e ,YA N G D ong 2x iao(D epartm en t of Info rm ati on Science and E lectron ic Engineering ,Zhejiang U n iversity ,H angzhou 310027,Ch ina ) Abstract :In the p ap er ,a m ethod based on FD TD is app lied to calu late the p ho ton ic crystal fiber ,w h ich is recen tly the focu s of research .B y an exam p le ,it is p roved that the effective refractive index ofthe p ho ton ic crystal fiber can be calcu lated and o ther u sefu l p aram eters can be calcu lated by th is m ean s.Key words :ti m e 2dom ain fin ite 2difference m ethod ;FD TD ;p ho ton ic crystal fiber1 引 言从1992年R u ssell P S J 等人提出了光子晶体光纤(p ho ton ic crystal fiber ,简称PCF ,又称为微结构光纤或多孔光纤)的概念起[1],到1996年第一根光子晶体光纤在英国南安普顿大学拉成制成功[2],光子晶体光纤逐渐受到了极大的关注,对于其特性和应用的研究逐渐成为热点[3]。
光子晶体光纤弯曲损耗特性研究
光子晶体光纤弯曲损耗特性研究李书婷【摘要】光子晶体光纤是一种新型光纤,由于它的性能优良,成为研究领域的热点。
本文先对光子晶体光纤进行了介绍,分析了光子晶体光纤弯曲耗损理论,最后对光子带隙型晶体光纤的弯曲耗损进行了测试研究。
结果表明光子带隙型晶体光纤抗弯曲耗损比传统的单模光子晶体光纤能力强。
%Photonic crystal fiber is a new fiber, due to its excellent performance,has become a hot research field.This article first photonic crystal fibers were introduced to analyze the test photonic crystal fiber bending loss theory,the bending loss last crystal photonic bandgap fiber were.The results show that the photonic band gap crystal fiber bending loss better than conventional single-mode photonic crystal fiber capacity.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2014(000)017【总页数】3页(P27-29)【关键词】PCF;弯曲损耗;研究【作者】李书婷【作者单位】商洛学院电子信息与电气工程学院,商洛,726000【正文语种】中文光子晶体光纤是基于光子晶体技术发展而来的新型光纤。
光子晶体光纤通常是由具有空气孔周期排列结构的单一石英介质材料构成,因为其结构上的特点,又被称为微结构光纤或多孔光纤。
依据导光机制的不同,可以将光子晶体光纤分为三类:全内反射型光子晶体光纤(TIR-PCF)、光子带隙型光子晶体光纤(PBGF)和混合导光型光子晶体光纤(HG-PCF)。
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Bending loss analyses of photonic crystalfibers based on thefinite-difference time-domain methodNgoc Hai Vu,1In-Kag Hwang,1,*and Yong-Hee Lee21Department of Physics,Chonnam National University,300Yongbong-dong,Buk-gu,Gwangju500-757,South Korea 2Department of Physics,Korea Advanced Institute of Science and Technology,373-1Guseong-dong,Yuseong-gu,Daejeon305-701,South Korea*Corresponding author:ikhwang@chonnam.ac.krReceived October8,2007;revised November29,2007;accepted December6,2007;posted December11,2007(Doc.ID88351);published January8,2008This is a report on an effective simulation method for the bending loss analyses of photonic crystalfibers. This method is based on the two-dimensionalfinite-difference time-domain algorithm and a conformal trans-formation of the refractive index profile.We observed the temporal dynamics of light waves in a bentfiber in a simulation and obtained the bending loss as a function of bend radius and optical wavelength for the com-mercial photonic crystalfibers.The accuracy of this method was verified by good agreement between the simulation and experimental data.©2008Optical Society of AmericaOCIS codes:060.5295,060.2280,060.2310.First proposed in1995,photonic crystalfibers (PCFs),with silica–air microstructures,attract many researchers as thesefibers have unique applications in ultrawide-band transmission,supercontinuum generation,high power delivery,optical amplifiers, and other functional devices[1].One of the important issues regarding the practical development of these PCFs concerns their bending loss properties.When a fiber is bent,the modalfield distorts outwards in the direction of the bend and a radiation loss occurs.The bending loss is usually regarded as an adverse effect in the context of optical transmission.However,the bentfibers can also be used as a new and unique op-tical component employable in optical communica-tions or optical sensing[2].It is important to be able to accurately estimate the bending loss of a givenfi-ber structure for the design and characterization of various PCFs.The complicated microstructure in a PCF makes the calculation a challenging problem.Most of the analytical methods such as antenna theory developed for conventionalfibers with circularly symmetric in-dex profiles cannot be directly applied to PCFs.Here, we,for thefirst time to our knowledge,adopted a two-dimensionalfinite-difference time-domain(2D-FDTD)algorithm[3]for the simulation of optical propagation in a bent PCF.The three-dimensional (3D)structure of the bentfiber was transformed into a two-dimensional straightfiber by using conformal mapping of the refractive index profile of the PCF. The temporal evolution of the opticalfield was prop-erly interpreted to yield the bending loss per unit length.We compared the simulation results with the experimental results to validate the accuracy of our method.The FDTD method has some distinct features com-pared with other previous methods such as the effi-cient modal model[4,5]or thefinite-element method [6]used for the calculation of bending loss of the PCF. The FDTD algorithm is a very general tool and is ap-plicable to a wide range of electromagnetic problems. It directly solves Maxwell’s equations with minimalassumptions and approximations and thus provides fairly reliable results as long as the spatial and tem-poral resolution are high enough.Recent advance-ment of computer technology allows the use of high spatial and temporal resolution,making this tech-nique more useful and popular.This method enables full access to electromagnetic waves at an arbitrary time and position,so that one can collect any desired information from these waves.Therefore it is distin-guishable from other numerical methods that provide specific information only.The direct simulation of optical propagation in bentfiber may be performed by the FDTD method ina complete3D structure offiber loops with an inputof an optical wave from one end of thefiber loops[2].In this case,we record the optical powers at several locations of thefiber loops to obtain the bending loss as a function of the propagation length.However,this approach requires huge memory sizes and long com-putation time,which is practically unacceptable.Here,we implemented a time-domain approach for the calculation of the bending loss,instead of the space-domain approach,for computation efficiency.First we imagined an infinitely longfiber with a bendradius of R b as shown in Fig.1(a).At t=0,thefiber is filled with an optical wave with a propagation con-stantand a uniform intensity along the length.Af-ter t=0,the optical wave starts to attenuate with arate of␣Јdue to the bending loss.Note that the op-tical intensity is always uniform over the wholefiber length during the attenuation.Finally the loss coeffi-cient per unit time͑␣Ј͒is converted to a loss coeffi-cient per unit length͑␣͒using the equation␣=␣Ј/v, where v is the velocity of light in thefiber.Since the optical wave has no variation along the length except the phase in the above situation,the computation structure for the FDTD method can be reduced to one slice of the bentfiber with an arbi-trarily small thickness͑⌬z͒as shown in Fig.1(b).Then,the3D structure of the bent piece is again sim-plified to aflat one[Fig.1(c)]by employing an equiva-lent index profile given byJanuary15,2008/Vol.33,No.2/OPTICS LETTERS1190146-9592/08/020119-3/$15.00©2008Optical Society of American eq 2͑x ,y ͒=n 2͑x ,y ͒ͩ1+2x R bͪ,where R b is the radius of curvature and n ͑x ,y ͒is therefractive index profile of the straight fiber [6–8].The bottom part of Fig.1(c)shows the transformed refrac-tive index profile of a PCF with a bend radius of 5.5mm.It clearly shows that the transformation su-perimposes a gradient onto the refractive index of the straight fiber in the direction of the bend.Therefore the final computation structure is effectively a 2D one containing only one grid along the z .The sizes of the computation grids were set to ⌬x =⌬y =⌳/20and ⌬z =⌳/100,where ⌬is the hole pitch.Those param-eters were optimized to maximize the numerical ac-curacy within a reasonable computation time.Figure 1(d)shows the recorded optical intensity E 2at the center of the fiber as a function of time.The optical intensity corresponds to I ͑t ͒=͗E 2͑t ͒͘.Here we obtained the loss factor per unit time,␣Ј,from curve fitting with the function I ͑t ͒=I 0exp ͑−␣Јt ͒.The veloc-ity of the light was calculated from v =/,where was the oscillation frequency of Fig.1(d),to get the loss factor per unit length,␣=␣Ј/v .The simulation was performed for the ESM-5PCF (hole pitch,⌳=8m;normalized hole diameter,d /⌳=0.46)from Crystal Fibre A/S.The parameters ⌳and d were extracted directly from a scanning electron microscope image of the real fiber.The refractive in-dex of the silica was set as 1.444,and no material dispersion was assumed.Figure 2(a)shows the inten-sity distributions of the fundamental mode at =1550nm for the bend in the x direction of the radiusof 3.5mm.It clearly shows that the mode of the bent fiber was asymmetric in shape and shifted towards the outside of the bend [4].We generated multiple in-tensity profiles at successive time frames in one pe-riod of the optical oscillation to observe the dynamics of the optical field,which are shown in Fig.2(b).Here we could observe a “propagating”field radiated from the center toward the outside of the bend while the “stationary”core mode was blinking at its optical fre-quency.This energy propagation across the fiber was the cause of the bending loss and resulted in the dis-sipation of the optical power in the core mode.The di-rect observation of this phenomenon could not be made by other calculation methods.We calculated the bending losses of the ESM-5PCF for several different bending radii.The plots are denoted with triangles in Fig.3(a).The typical com-putation time was about 2–3h for each data point in our case,although it depends largely on the spatial and temporal resolutions of FDTD.For comparison,the bending losses were experimentally measured us-ing a narrow-linewidth laser and an optical power-meter.Two turns of fiber loops were made for a bend radius in the range of 3.0to 7.0mm in incrementsofFig. 1.(Color online)Illustration of the simulation scheme:(a)infinitely-long bent fiber model;(b)one sliced piece of the bent fiber and its index profile along x ;(c)same as (b)after conformal transformation of the index profile;(d)E 2at the center of the fiber as a function of time,show-ing the attenuation of opticalintensity.Fig.2.(Color online)(a)Optical intensity distribution in the cross section of a bent fiber with a radius of 5.5mm (log scale)and (b)central regions of intensity profiles taken at successive times ͑⌬t =1fs ͒in one period ofoscillation.Fig.3.(Color online)Dependence of bending loss on bend-ing radius for (a)ESM-5PCF and (b)LMA-8PCF.The squares and triangles denote the experimental and simula-tion data,respectively.120OPTICS LETTERS /Vol.33,No.2/January 15,20080.3mm.For a bend radius smaller than 3.0mm,the bent fiber was easily broken;while for a radius larger than 7mm,the loss was too low for reliable and re-peatable measurements.Each measurement was re-peated three times,and its average value and devia-tion are shown with squares and error bars,respectively,in Fig.3(a).A comparison was carried out for another PCF,LMA-8(⌳=5.6m,d /⌳=0.49)also from Crystal Fibre A/S.The results are shown in Fig.3(b).There was reasonably good agreement be-tween the simulation and experimental results for both fibers.It is interesting to see the small bumps in the experimental curves at the bending radii of ϳ7.8mm for ESM-5PCF and ϳ4.2mm for LMA-8,which did not appear in the simulation results.These loss peaks seemed to come from resonant coupling from the core mode to a cladding mode in the multilayer structure of the cladding.Note that the full cladding structure of PCF should be included in the computation structure to investigate this phe-nomenon [9].A detailed study of its origin is under-way.The wavelength dependence of the bending loss was also calculated and measured in this report for ESM-5.In FDTD,the optical wavelength was rede-termined by simultaneous changes of the propaga-tion constant,,and the optical frequency,.For the experiment,we used an optical spectrum analyzer and a superluminescent diode with a bandwidth of Ͼ50nm.The simulation and experimental data are shown in Fig.4as dashed and solid curves,respec-tively.The strong wavelength dependence was ob-served for a small bending radius,while it was rela-tively flat for a large bending radius.The fine structures in the experimental data seemed to result from the reflection of the radiated light at thecladding–jacket or jacket–air boundaries back to the core mode.Note that the exceptionally large bending loss at R ϳ7.7mm in Fig.3(a)was observed again in Fig.4.We also found good agreement between the simulation and experiment,which again verified the accuracy of our method.We proposed an efficient numerical method for bending loss analyses of PCF,based on the 2D-FDTD method and conformal transformation of the index profile.The time-domain simulation of the optical propagation in a bent fiber provided a view of the temporal dynamics of the optical field as well as the mode profile,dispersion and the bending loss.The ac-curacy of the method was verified by good agreement between a simulation and experimental data.The technique outlined here is directly applicable to not only PCFs but also any kind of waveguides with ar-bitrary index profiles.It is important to note that this FDTD method can be easily extended by adding new functions to include nonlinear or strain effects in the simulation,which may not be available in other methods.We believe it is a useful tool for analyses and design of various microstructured fibers [10–12].This work was supported by IT R&D program of Ministry of Information and Communication and In-stitute for Information Technology Advancement (2005-S099-03,Development of photonic crystal fi-bers and their application technology for high-speed optical communication system).References1.T.A.Birks,J.C.Knight,and P .St.J.Russell,Opt.Lett.22,961(1997).2.W.Belhadj,F.AbdelMalek,and H.Bouchriha,Mater.Sci.Eng.C 26,578(2006).3.A.Taflove and S. C.Hagness,Computational Electrodynamics:the Finite-Difference Time-Domain Method (Artech House,2005).4.J.C.Baggett,T.M.Monro,K.Furusawa,V .Finazzi,and D.J.Richardson,mun.227,317(2003).5.Tanya M.Monro,D.J.Richardson,G.R.Broderick,and P .J.Bennett,J.Lightwave Technol.17,1093(1999).6.Y.Tsuchida,K.Saitoh,and M.Koshiba,Opt.Express 13,4770(2005).7.M. D.Nielsen,N. A.Mortensen,M.Albertsen, A.Bjarklev,and D.Bonacinni,Opt.Express 12,1775(2004).8.D.Marcuse,Appl.Opt.21,4208(1982).9.Q.Wang,G.Farrell,and T.Freir,Opt.Express 13,4476(2005).10.M.Nielsen,J.Folkenberg,N.Mortensen,and A.Bjarklev,Opt.Express 12,430(2004).11.J.M.Fini,Opt.Express 14,69(2006).12.H.Kuniharu,M.Shoichiro,G.Ning,and W.Akira,J.Lightwave Technol.11,3494(2005).Fig.4.(Color online)Loss spectrum of ESM-5PCF with different bend radii.Experimental and simulation data are shown by the solid and dashed curves,respectively.January 15,2008/Vol.33,No.2/OPTICS LETTERS 121。