一種高雙折射光子晶體光纖的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的光子晶體光纖是一種矩形空氣孔和圓形空氣孔混合結(jié)構(gòu)的三角晶格高雙折射光子晶體光纖，包括位于光纖背景材料上的纖芯(1)和包層(2)，該包層(2)包繞纖芯(1)；包層(2)包含按照三角晶格結(jié)構(gòu)(3)周期性均勻分布的混合形狀空氣孔(4)；纖芯(1)為光纖背景材料的中心實(shí)心區(qū)域。纖芯為光纖背景材料的中心實(shí)心區(qū)域；包層為包圍纖芯的均勻分布相同結(jié)構(gòu)空氣孔的外圍區(qū)域，空氣孔在光纖背景材料中呈周期性排列，每相鄰的三個空氣孔構(gòu)成一個正三角形，組成三角晶格結(jié)構(gòu)(3)，所述空氣孔為混合形狀空氣孔(4)。所述的光纖背景材料為二氧化硅材料。本發(fā)明通過同時使用三角晶格結(jié)構(gòu)(3)和混合形狀空氣孔(4)，從而實(shí)現(xiàn)較高的雙折射效應(yīng)。
【專利說明】一種高雙折射光子晶體光纖

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的目的是提供一種光子晶體光纖結(jié)構(gòu)，尤其是一種使用混合型空氣孔進(jìn)行三角晶格排列方式的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的雙折射效應(yīng)，涉及光通信與光纖傳感的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]光子晶體光纖(photonic crystal fiber,簡稱PCF),又稱為多孔光纖(holeyfiber)或微結(jié)構(gòu)光纖(microstructure fiber),通常由單一物質(zhì)S12構(gòu)成。從光纖截面看，其中包含了沿軸向分布的空氣孔，且存在周期性的二維結(jié)構(gòu)。如果其中一個孔遭到破壞和缺失，則會出現(xiàn)缺陷，光能夠在缺陷內(nèi)傳播。光子晶體光纖中存在兩種截然不同的導(dǎo)光原理。一是利用折射率的周期性排列形成的光子帶隙效應(yīng)來導(dǎo)光。當(dāng)纖芯為空氣孔時，在帶隙中出現(xiàn)頻率極窄的缺陷態(tài)，光子帶隙缺陷態(tài)具有透光性，這樣以此頻率入射的光子只存在于缺陷區(qū)域，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)光。在這種光子晶體光纖中，光能夠傳播到光子晶體的所有層中去，通過多次散射和干涉，在滿足布拉格條件時形成導(dǎo)光，因此這種光子晶體光纖的導(dǎo)光機(jī)制是布拉格衍射。另一種光子晶體光纖的導(dǎo)光原理為全內(nèi)反射，即空氣孔缺失，以石英玻璃作為纖芯。它與作為包層的二維光子晶體的折射率形成反差，從而使光以全內(nèi)反射的形式傳輸，并不依賴于周期性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光子禁帶，這與傳統(tǒng)光纖導(dǎo)光機(jī)制相類似。本發(fā)明公布的光纖是一種依靠全內(nèi)反射機(jī)制進(jìn)行導(dǎo)光的光子晶體光纖。
[0003]普通光纖對稱性受到制作工藝的影響，改進(jìn)制作工藝可以保證其對稱性，但是，在實(shí)際應(yīng)用中普通光纖對稱性也會受到機(jī)械應(yīng)力影響改變其對稱性，產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，因此光的偏振態(tài)在普通光纖中傳輸?shù)臅r候就會毫無規(guī)律地變化。光子晶體光纖的空氣孔的排列和大小有很大的控制余地，因此可以通過改變它們增加光子晶體光纖包層中空氣孔的非對稱性，產(chǎn)生更強(qiáng)烈的雙折射效應(yīng)，消除應(yīng)力對入射光偏振態(tài)的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種高雙折射光子晶體光纖，尤其是一種使用矩形和圓形混合型空氣孔進(jìn)行三角晶格排列的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)。大大提高了雙折射，保持了入射光的偏振態(tài)。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的一種高雙折射光子晶體光纖是一種矩形空氣孔和圓形空氣孔混合結(jié)構(gòu)的三角晶格高雙折射光子晶體光纖，包括位于光纖背景材料上的纖芯和包層，該包層包繞纖芯；包層包含按照三角晶格結(jié)構(gòu)周期性均勻分布的混合形狀空氣孔；纖芯為光纖背景材料的中心實(shí)心區(qū)域。
[0006]所述包層內(nèi)的混合形狀空氣孔是矩形空氣孔和圓形空氣孔。
[0007]所述包層中的混合形狀空氣孔沿XY截面方向呈周期性分布，組成最小周期單元的空氣孔構(gòu)成正三角形，屬于簡單三角晶格結(jié)構(gòu)。
[0008]該光子晶體光纖的雙折射性能與包層(2)中X方向的有效折射率neffx和y方向的有效折射率neffy相關(guān)；模式雙折射= / ' = T^-T2- = ~^.= ImO - ;式中B為模

Zpi/C0
式雙折射，βχ、0,分別表示X和y方向的傳播常數(shù)，λ為工作波長，1?為波數(shù)，Λβ表示兩個正交方向的相位延遲，neffx為X方向的有效折射率，neffy為y方向的有效折射率。
[0009]所述的光纖背景材料為二氧化硅材料。
[0010]物聯(lián)網(wǎng)/傳感網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)之后國家發(fā)展的核心領(lǐng)域，傳感器作為傳感網(wǎng)的重要組成部分，是生產(chǎn)和自然領(lǐng)域中信息采集不可或缺的工具。為了適應(yīng)蓬勃發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對傳感靈敏度的更高要求，本發(fā)明提出了一種新型光子晶體光纖結(jié)構(gòu)。目前可用于傳感的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)從整體上考慮影響雙折射的因素不多，他們的雙折射都偏小，我們從X、Y個方向全面考慮影響雙折射的因素，通過增大整體結(jié)構(gòu)的非對稱性使得光纖的模式雙折射變得更加明顯。
[0011]該光子晶體光纖結(jié)構(gòu)包括纖芯和包層，完整光子晶體結(jié)構(gòu)中心處缺失一個圓形空氣孔形成的點(diǎn)缺陷為纖芯；圍繞纖芯進(jìn)行二維排列的空氣孔構(gòu)成的區(qū)域即為包層?？諝饪自诠饫w背景材料中呈周期性分布，組成最小周期單元的空氣孔構(gòu)成正三角形，屬于簡單三角晶格結(jié)構(gòu)。
[0012]所述空氣孔為混合形狀空氣孔?；旌闲螤羁諝饪子删匦慰諝饪缀蛨A形空氣孔組成。
[0013]所述的光纖背景材料為二氧化硅(S12)材料。
[0014]有益效果:本發(fā)明提出的一種新型光子晶體光纖結(jié)構(gòu)，尤其是一種高雙折射的混合型光子晶體光纖結(jié)構(gòu)?？諝饪自赬、Y方向上分別進(jìn)行周期性分布，矩形空氣孔和圓形空氣孔的混合使用使得結(jié)構(gòu)不僅在芯區(qū)附近存在局部非對稱性，在包層本身也存在各向異性。此結(jié)構(gòu)使得光能量很好地集中在芯區(qū)傳輸，且由于芯區(qū)處兩個橫向正交方向有效折射率的差異，光纖可獲得比傳統(tǒng)單一結(jié)構(gòu)光子晶體光纖更大的雙折射效應(yīng)。
[0015]此結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖可通過靈活改變?nèi)蔷Ц衽帕锌諝饪椎母鲄?shù)(如晶格常數(shù)、矩形空氣孔長寬比，圓形空氣孔大小等)，使得光纖模式雙折射性能得到進(jìn)一步的優(yōu)化。本結(jié)構(gòu)提供的高雙折射性能使得在實(shí)際傳感中產(chǎn)生的輸出信號更容易被探測到，從而可大大降低傳感過程中對探測設(shè)備精度的要求，節(jié)約成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的橫截面不意圖；圖1中有,纖芯1，和包層2,空氣孔構(gòu)成的三角晶格結(jié)構(gòu)3，混合形狀空氣孔4，圓形空氣孔41，矩形空氣孔42。
[0017]圖2 (a)是圖1示例纖芯X方向偏振基模的電場分布圖；
[0018]圖2(b)是圖1不例纖芯y方向偏振基模的電場分布圖；
[0019]圖3是圖1示例中光子晶體光纖雙折射參數(shù)隨波長的變化情況。

【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的一種高雙折射光子晶體光纖是一種矩形空氣孔和圓形空氣孔混合結(jié)構(gòu)的三角晶格高雙折射光子晶體光纖，包括位于光纖背景材料上的纖芯I和包層2，該包層2包繞纖芯I ;包層2包含按照三角晶格結(jié)構(gòu)3周期性均勻分布的混合形狀空氣孔4 ;纖芯I為光纖背景材料的中心實(shí)心區(qū)域。
[0021]所述包層2的混合形狀空氣孔4矩形空氣孔41形空氣孔42
[0022]所述包層2的混合形狀空氣孔4中Y截面方向呈周期性分布，組成最小周期單元的空氣孔構(gòu)成正三角形，屬于簡單三角晶格結(jié)構(gòu)3
[0023]該光子晶體光纖的雙折射性能與包層2中X方向的有效折射率nrffx和y方向的有效折射率nrffy相關(guān)；緊縮的包層排列和較大的空氣填充率可有效提升兩個正交偏振方向的有效折射率之差從而使模式雙折射

【權(quán)利要求】
1.一種高雙折射光子晶體光纖，其特征在于該光纖是一種矩形空氣孔和圓形空氣孔混合結(jié)構(gòu)的三角晶格高雙折射光子晶體光纖，包括位于光纖背景材料上的纖芯(I)和包層(2)，該包層(2)包繞纖芯(I);包層(2)包含按照三角晶格結(jié)構(gòu)(3)周期性均勻分布的混合形狀空氣孔(4);纖芯(I)為光纖背景材料的中心實(shí)心區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高雙折射光子晶體光纖，其特征在于所述包層(2)內(nèi)的混合形狀空氣孔(4)是矩形空氣孔(41)和圓形空氣孔(42)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高雙折射光子晶體光纖，其特征在于所述包層(2)中的混合形狀空氣孔(4)沿XY截面方向呈周期性分布，組成最小周期單元的空氣孔構(gòu)成正三角形，屬于簡單三角晶格結(jié)構(gòu)(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高雙折射光子晶體光纖，其特征在于該光子晶體光纖的雙折射性能與包層(2)中X方向的有效折射率nrffx和y方向的有效折射率nrffy相關(guān)；模式雙折射5 = ^2πλ = "f2"- ^ =— n.effy I;式中B為模式雙折射，β χ、β y分別表不x
民(、反 O和y方向的傳播常數(shù)，λ為工作波長，1?為波數(shù)，Λβ表示兩個正交方向的相位延遲，nrffx為X方向的有效折射率，neffy為y方向的有效折射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高雙折射光子晶體光纖，其特征在于所述的光纖背景材料為二氧化硅材料。
【文檔編號】G02B6/02GK104166179SQ201410347891
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】陳鶴鳴, 吳唯冉, 周雯 申請人:南京郵電大學(xué)