一种新型高双折射光子晶体光纤的制作方法

1.本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种新型高双折射光子晶体光纤。


背景技术：

2.光子晶体光纤，是一类基于光子晶体和光纤技术演变而来的新型微结构光纤，由纤芯及其周围周期性排列的空气孔组成。由于光子晶体光纤在结构上具有灵活的参数可调性，与传统光纤相比具有无截止单模传输、高双折射、低损耗和色散管理等特点，其在光纤传感、光通信、医疗器械等领域都有着广泛的应用。分布式光纤传感技术可作为能源、电力、建筑、通讯、交通等诸多领域的故障诊断和事故预警手段，光纤传感系统一般采取具有高双折射特性的保偏光纤作为传感光纤以降低光纤中偏振模式耦合对传感系统信噪比的影响。零色散的光纤在长距离大容量的光信号传输方面也有着独特的优势。因此，非常有必要设计出具有高双折射的新型光子晶体光纤。
3.尽管现在已有光子晶体光纤可以实现部分特性，但是并不能同时使双折射以及色散达到更优。saha r.(saha r，hossain m m，rahaman m e，et al.frontiers of optoelectronics，2019，12(2)：165-173)等人设计了一种1550nm处具有高双折射的光子晶体光纤，双折射系数为2.75
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，但其色散较大，有待优化。廖昆等人(廖昆，廖健飞，李伯勋，王斌，许彪，谢应茂.一种高双折射双零色散的缺陷型光子晶体光纤[j].量子电子学报，2019，36(01)：123-128)设计了一种对称椭圆空气孔缺陷的光子晶体光纤在可见光波段和红外光波段存在2个零色散点，双折射值仅为3.327
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，有待提高。可见，高双折射、多零色散波长的新型光纤的设计很有必要。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是提供一种高双折射、多零色散波长的光子晶体光纤，以解决现有技术中光子晶体光纤存在的问题。
[0005]
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006]
一种具有高双折射、多零色散波长的光子晶体光纤，所述光纤的横截面包括包层和纤芯。其特征在于：该光子晶体光纤的纤芯左右两侧分别有5层空气孔，包层空气孔中最内层由椭圆空气孔按六边形排列构成，且椭圆空气孔的长轴与x轴垂直，第二层由圆形空气孔按六边形排列构成，将第二层空气孔中位于y轴左侧的部分依次向左平移相同的距离得到包层y轴左侧的第3-5层空气孔，将第二层空气孔中位于y轴右侧的部分依次向右平移相同的距离得到包层y轴右侧的第3-5层空气孔，整体结构呈轴对称分布。
[0007]
进一步地，所述光纤的基底材料为二氧化硅。
[0008]
本发明设计了一种新型高双折射光子晶体光纤，与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：
[0009]
实现了高双折射，在波长为1550nm处获得4.477
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的高双折射系数，比已有光纤提高了1-2个数量级，有利于光纤传感中的精确测量。
[0010]
实现了多零色散波长，在波长1278nm、1566nm、1645nm处色散均为0ps/(nm
·
km)，1550nm处色散仅为-60ps/(nm
·
km)，有利于信号准确、稳定传输。
[0011]
本发明的新型光子晶体光纤结构简单，易于集成和工艺加工。
附图说明
[0012]
图1为具体实施例中新型光子晶体光纤结构横截面示意图。图中：1-基底材料；2-包层中圆形空气孔；3-包层中椭圆空气孔；r
1-圆形空气孔的半径；a
1-椭圆形空气孔的长轴，b
1-椭圆形空气孔的短轴；d
0-相邻空气孔的孔间距；d
1-光纤包层直径。
[0013]
图2为具体实施例中新型光子晶体光纤在圆形空气孔的半径r1取不同值时的双折射随波长的变化关系图。
[0014]
图3是具体实施例中新型光子晶体光纤在圆形空气孔的半径r1取不同值时的色散随波长的变化关系图，其中：
[0015]
图3a为x偏振方向色散，图3b为y偏振方向色散。
具体实施方式
[0016]
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
[0017]
图1所示为本发明新型高双折射光子晶体光纤的横截面示意图，基底材料1为二氧化硅。包层空气孔整体呈轴对称分布，纤芯左右两侧分别有5层空气孔，包层空气孔中最内层由长轴为a1、短轴为b1的椭圆空气孔按六边形排列构成，且椭圆空气孔的长轴与x轴垂直，第二层由半径为r的圆形空气孔按六边形排列构成，将第二层空气孔中位于y轴左侧的部分依次向左平移d0得到包层y轴左侧的第3-5层空气孔，将第二层空气孔中位于y轴右侧部分依次向右平移d0得到包层y轴右侧的第3-5层空气孔，光纤直径为d1。
[0018]
本实施例中，光子晶体光纤结构参数：圆形空气孔半径r1分别取0.35μm、0.38μm、0.4μm，椭圆空气孔的长轴a1和短轴b1分别为0.8μm和0.4μm，空气孔的孔间距d0为0.85μm，光纤包层直径d1＝9.4μm。
[0019]
本发明可以采用有限元法并结合完美匹配层边界吸收条件进行理论计算，得到本发明的双折射特性以及色散特性。
[0020]
本实施例中圆形空气孔半径r1分别取0.35μm、0.38μm、0.4μm时得到的光子晶体光纤的双折射特性如图2所示，观察图2可得：
[0021]
本发明所述新型高双折射光子晶体光纤的双折射随着r1的增大而增大，在常用通信波长1550nm处，当r1＝0.4μm时，可获高达4.477
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的双折射。而普通光纤的双折射一般在10-4
数量级，已有光子晶体光纤双折射一般在10-3
数量级，可见，比现有光子晶体光纤高出1-2个数量级，减少了传输信号在两个偏振方向的耦合，其在高速光通信系统、光纤传感等领域具有重要的作用。
[0022]
本实施例中圆形空气孔半径r1分别取0.35μm、0.38μm、0.4μm时得到的光子晶体光纤x、y偏振方向的色散特性分别如图3(a)、图3(b)所示，观察图3可得：
[0023]
本发明所述新型高双折射光子晶体光纤在x偏振方向有三个零色散波长，分别为1278nm、1566nm和1645nm，在1550nm处色散值仅为-60ps/(nm
·
km)，较小的色散有利于超连
续谱的产生和光信号的准确、稳定传输等；而y偏振方向均为负色散值，可通过调整结构参数或波长使其抵消所需通信系统中的正色散，以实现色散补偿的功能。
[0024]
以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。