一種用于產(chǎn)生局域空心光束的雙環(huán)狀纖芯光子晶體光纖的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光子晶體光纖，尤其是可以用于產(chǎn)生局域空心光束的光子晶體光纖。
【背景技術(shù)】
[0002]局域空心光束是指具有中心暗斑且該中心暗斑在三維空間被強(qiáng)光場(chǎng)完全包圍的一類(lèi)特殊光場(chǎng)，它就像一個(gè)特殊的“密閉容器”，因此也形象地將這種光場(chǎng)稱(chēng)為“瓶光束”或“光泡”。產(chǎn)生局域空心光束的方法主要有:I)采用徑向分布的π相位板；2)基于高斯光束和拉蓋爾高斯光束的干涉；3)采用特殊抽運(yùn)光束和限制孔徑的端面抽運(yùn)固體激光器等。由于局域空心光束具有特殊光場(chǎng)分布，使它有很高的實(shí)用價(jià)值，目前已經(jīng)在冷原子捕捉和光學(xué)微操縱等領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用。
[0003]光子晶體光纖(PCF)，又被稱(chēng)為微結(jié)構(gòu)光纖或多孔光纖，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活可調(diào)，這使得它具有許多傳統(tǒng)光纖不具備的特性，如高雙折射、超低限制損耗、色散可調(diào)等等。此種光纖的發(fā)明為產(chǎn)生局域空心光束提供了一種非常有效而簡(jiǎn)便的辦法。
[0004]空心光束是一種在傳播方向上中心光強(qiáng)為零的環(huán)狀光束。已有研宄證明，可以利用光子晶體光纖產(chǎn)生高質(zhì)量的單空心光束，對(duì)微粒(如分子、原子)進(jìn)行捕獲和操縱，但是這種空心光束所進(jìn)行的捕獲和操縱局限于二維，不能對(duì)微粒進(jìn)行很好的三維限制。局域空心光束能夠很好地對(duì)微粒進(jìn)行三維限制，但目前產(chǎn)生局域空心光束的裝置一般較為復(fù)雜，難于調(diào)整，不易于產(chǎn)生高質(zhì)量的局域空心光束。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易于調(diào)整、質(zhì)量較高的用于產(chǎn)生局域空心光束的雙環(huán)狀纖芯光子晶體光纖。
[0006]本發(fā)明主要是采用雙芯光子晶體光纖并對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。
[0007]本發(fā)明的光子晶體光纖的主要結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)環(huán)狀纖芯和光纖包層組成的。其中，光纖包層內(nèi)設(shè)有均勻的多層三角形陣列分布的空氣孔，包層空氣孔直徑d2控制在2?2.7μπι范圍內(nèi)，兩孔間距Λ = 5 μπι，包層的背景材質(zhì)為純石英。由兩組缺失6個(gè)空氣孔且具有纖芯中心氣孔的單元構(gòu)成雙環(huán)狀纖芯，纖芯中心的氣孔直徑Cl1控制在I?4μπι范圍內(nèi)，兩個(gè)纖芯對(duì)稱(chēng)地分布在光纖中心空氣孔兩側(cè)。利用這種光子晶體光纖，可以產(chǎn)生兩個(gè)空心光束，使這兩個(gè)空心光束通過(guò)一個(gè)三棱鏡后會(huì)發(fā)生會(huì)聚，在會(huì)聚處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中心強(qiáng)度為零的三維光場(chǎng)，即局域空心光束。局域空心光束的尺寸與該光纖所產(chǎn)生的雙空心光束尺寸有關(guān)。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0009]1、該光子晶體光纖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠高質(zhì)量地產(chǎn)生雙空心光束進(jìn)而穩(wěn)定地產(chǎn)生局域空心光束。
[0010]2、利用該光子晶體光纖產(chǎn)生局域空心光束的裝置整體簡(jiǎn)單，易于調(diào)整。
[0011]3、可以通過(guò)改變光纖本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)(纖芯氣孔直徑屯和包層氣孔直徑d2)控制雙空心光束的輸出尺寸，進(jìn)而控制所產(chǎn)生局域空心光束的尺寸。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的光子晶體光纖橫截面圖。
[0013]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的光子晶體光纖在1.55 μπι處的模場(chǎng)分布圖。
[0014]圖3是利用本發(fā)明實(shí)施例1的光子晶體光纖產(chǎn)生局域空心光束的示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的光子晶體光纖在1.55 μ m處的能流圖。
[0016]圖5是本發(fā)明實(shí)施例1、實(shí)施例2及實(shí)施例3的光子晶體光纖在1.55 μ m處的能流圖。
[0017]圖6是本發(fā)明實(shí)施例1、實(shí)施例2及實(shí)施例3的光子晶體光纖的限制損耗隨波長(zhǎng)變化關(guān)系圖。
[0018]圖7是本發(fā)明實(shí)施例1、實(shí)施例4及實(shí)施例5的光子晶體光纖在1.55 μm處的能流圖。
[0019]圖8是本發(fā)明實(shí)施例1、實(shí)施例4及實(shí)施例5的光子晶體光纖的限制損耗隨波長(zhǎng)變化關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1
[0021]在圖1所示的本發(fā)明實(shí)施例1的光子晶體光纖橫截面圖中，該光纖主要是由兩個(gè)環(huán)狀纖芯I和包層2組成的。其中，光纖包層內(nèi)設(shè)有均勻的多層三角形陣列分布的空氣孔3，包層空氣孔直徑(12= 2.5 μ m，兩孔間距Λ = 5 μ m，包層的背景材質(zhì)為純石英。由兩組缺失6個(gè)空氣孔且具有纖芯中心氣孔的單元構(gòu)成雙環(huán)狀纖芯，纖芯中心的氣孔直徑Cl1 =2.5 μ m，兩個(gè)纖芯對(duì)稱(chēng)地分布在光纖中心空氣孔兩側(cè)。
[0022]在圖2所示的本發(fā)明實(shí)施例1的光纖在1.55 μ m處的模場(chǎng)分布圖中，可以看出，光場(chǎng)主要集中于兩個(gè)纖芯處呈環(huán)狀分布，即該光子晶體光纖可以產(chǎn)生高質(zhì)量的雙空心光束。
[0023]如圖3所不，利用本發(fā)明實(shí)施例1的光子晶體光纖4產(chǎn)生的兩個(gè)高質(zhì)量的空心光束5經(jīng)過(guò)一個(gè)三棱鏡6后會(huì)發(fā)生會(huì)聚，在會(huì)聚處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中心強(qiáng)度為零的三維光場(chǎng)，即局域空心光束。很顯然，局域空心光束的尺寸與雙空心光束的尺寸有直接關(guān)系?？梢酝ㄟ^(guò)控制雙空心光束的輸出尺寸，進(jìn)而控制所產(chǎn)生局域空心光束的尺寸。
[0024]在圖4所示的本發(fā)明實(shí)施例1的光子晶體光纖在1.55μπι處的能流圖中，一些空心光束的參數(shù)被標(biāo)示出。暗斑尺寸DSS指的是光束內(nèi)側(cè)徑向強(qiáng)度分布的半高寬度(Full-width half-maximum, FffHM)，光束寬度Wdhb指的是光束外側(cè)徑向強(qiáng)度分布最大值的Ι/e2護(hù)處的全寬度，光束半徑r。指的是從光束中心到最大徑向強(qiáng)度位置之間的距離。
[0025]實(shí)施例2
[0026]本發(fā)明實(shí)施例2與實(shí)施例1基本相同，不同之處在纖芯氣孔直徑Cl1減小到I μπι，其能流分布及限制損耗隨波長(zhǎng)變化關(guān)系分別如圖5及圖6中對(duì)應(yīng)曲線所示。從圖中可以看出，該光纖與實(shí)施例1光纖相比，獲得了較小的暗斑尺寸和更低的限制損耗。在λ =1.55 μπι處，其暗斑直徑為4.3 μ m，限制損耗為1.86 X 10_2dB/m。
[0027]實(shí)施例3
[0028]本發(fā)明實(shí)施例3與實(shí)施例1基本相同，不同之處在纖芯氣孔直徑Cl1增大到4 μ m，其能流分布及限制損耗隨波長(zhǎng)變化關(guān)系分別如圖5及圖6中對(duì)應(yīng)曲線所示。從圖中可以看出，該光纖與實(shí)施例1光纖相比，獲得了較大的暗斑尺寸和更高的限制損耗。在λ =1.55 μπι處，其暗斑直徑為6.4 μ m，限制損耗為7.16 X 10_2dB/m。
[0029]實(shí)施例4
[0030]本發(fā)明實(shí)施例4與實(shí)施例1基本相同，不同之處在包層氣孔直徑(12減小到2 μ m，其能流分布及限制損耗隨波長(zhǎng)變化關(guān)系分別如圖7及圖8中對(duì)應(yīng)曲線所示。從圖中可以看出，該光纖與實(shí)施例1光纖相比，獲得了較大的暗斑尺寸和更高的限制損耗。在λ =1.55 μπι處，其暗斑直徑為5.4 μ m，限制損耗為1.01dB/m。
[0031]實(shí)施例5
[0032]本發(fā)明實(shí)施例5與實(shí)施例1基本相同，不同之處在包層氣孔直徑d2增大到2.7 μ m，其能流分布及限制損耗隨波長(zhǎng)變化關(guān)系分別如圖7及圖8中對(duì)應(yīng)曲線所示。從圖中可以看出，該光纖與實(shí)施例1光纖相比，獲得了較小的暗斑尺寸和更低的限制損耗。在λ =1.55 μ m處，其暗斑直徑為5 μ m，限制損耗為5.45 X l(T3dB/m。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于產(chǎn)生局域空心光束的雙環(huán)狀纖芯光子晶體光纖，其由兩個(gè)環(huán)狀纖芯和光纖包層組成的，其特征在于:光纖包層內(nèi)設(shè)有均勻的多層三角形陣列分布的空氣孔，包層空氣孔直徑d2控制在2?2.7 μ m范圍內(nèi)，兩孔間距Λ = 5 μ m，其背景材質(zhì)為純石英，由兩組缺失6個(gè)空氣孔且具有纖芯中心氣孔的單元構(gòu)成雙環(huán)狀纖芯，纖芯中心的氣孔直徑Cl1控制在I?4 μπι范圍內(nèi)，兩個(gè)纖芯對(duì)稱(chēng)地分布在光纖中心空氣孔兩側(cè)。
2.權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生局域空心光束的雙環(huán)狀纖芯光子晶體光纖的產(chǎn)生局域空心光束的方法，其特征在于:利用權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖，產(chǎn)生兩個(gè)空心光束，使這兩個(gè)空心光束通過(guò)一個(gè)三棱鏡后會(huì)發(fā)生會(huì)聚，在會(huì)聚處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中心強(qiáng)度為零的三維光場(chǎng)，即局域空心光束，局域空心光束的尺寸能夠通過(guò)改變光纖本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)即纖芯氣孔直徑屯和包層氣孔直徑d 2來(lái)控制。
【專(zhuān)利摘要】一種用于產(chǎn)生局域空心光束的雙環(huán)狀纖芯光子晶體光纖，其由光纖包層和兩個(gè)環(huán)狀纖芯組成。其中，光纖包層內(nèi)設(shè)有均勻的多層三角形陣列分布的空氣孔，其背景材質(zhì)為純石英。由兩組缺失6個(gè)空氣孔且具有纖芯中心氣孔的單元構(gòu)成雙環(huán)狀纖芯，兩個(gè)纖芯對(duì)稱(chēng)地分布在光纖中心空氣孔兩側(cè)。利用這種光子晶體光纖，可以產(chǎn)生兩個(gè)空心光束，使這兩個(gè)空心光束通過(guò)一個(gè)三棱鏡后會(huì)發(fā)生會(huì)聚，在會(huì)聚處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中心強(qiáng)度為零的三維光場(chǎng)，即局域空心光束。本發(fā)明能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生高質(zhì)量的局域空心光束，裝置整體簡(jiǎn)單易于調(diào)整，且局域空心光束的尺寸可以通過(guò)改變光纖本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)(纖芯氣孔直徑d1和包層氣孔直徑d2)來(lái)控制。
【IPC分類(lèi)】G02B6-032
【公開(kāi)號(hào)】CN104678488
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510050228
【發(fā)明人】李曙光, 訾劍臣
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日