一種新型高雙折射光子準(zhǔn)晶光纖的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種半徑小的高雙折射光子準(zhǔn)晶光纖，具體涉及一種基于Si02的高雙 折射光子準(zhǔn)晶光纖。
【背景技術(shù)】
[0002] 在光纖傳感、光通訊、光學(xué)精密儀器等應(yīng)用中，高雙折射光纖具有極大的應(yīng)用需 求，如光纖通信、光子晶體光纖激光器、光子晶體光纖傳感器等。高雙折射可提高保偏能力， 即可使光在超連續(xù)譜范圍保持偏振。
[0003] 為了達到高雙折射，大多數(shù)光子晶體光纖結(jié)構(gòu)基本上都引入了過小直徑的圓孔、 橢圓孔、螺旋結(jié)構(gòu)或在空氣孔充入其它液體使其制作難度加大。
[0004] 在實際傳感應(yīng)用中，不僅要求光纖具有高雙折射率，并且在其他方面也提出了較 高要求，比如：為實現(xiàn)高精度光纖陀螺的微型化，一般要求保偏光纖具有更小的直徑；為減 少熔接損耗和傳輸時的模場失配，光纖場能量分布要盡可能集中。然而，現(xiàn)在提出的大多數(shù) 高雙折射光子晶體光纖半徑一般大于l〇nm且場分布較為分散。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了保持光纖高雙折射的同時模場能量分布集中且半徑小、制作難度低，本發(fā)明 提供了一種新型高雙折射光子準(zhǔn)晶光纖，具有模場能量分布集中以及降低現(xiàn)有工藝水平對 光纖制備的限制的優(yōu)勢，在通訊傳感等方面具有較高應(yīng)用前景。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] -種新型高雙折射光子準(zhǔn)晶光纖，其背景材料為Si02，整個結(jié)構(gòu)的散射子以十重 Penrose型光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)排布，晶格常數(shù)為A，包層圓形空氣孔直徑分別為(13和d4，其中： 4取自十重Penrose型光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)第三至五層的散射子，d4取自十重Penrose型光子準(zhǔn) 晶結(jié)構(gòu)第六至九層的散射子；在芯區(qū)引入六個圓形空氣孔，其中：上下四個圓形空氣孔直 徑為山，取自十重Penrose型光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)第二層靠近土Y軸四個散射子；左右兩個圓形空 氣孔直徑為d2，取自十重Penrose型光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)第三層±X軸上兩個散射子；為增強不對 稱性以提高雙折射率，在土Y軸上1. 3XA處引入兩個直徑為(15的圓形空氣孔。
[0008] 本發(fā)明提出光纖具有以下優(yōu)點：
[0009] (1)雙折射率高，與采用橢圓空氣孔或小孔徑空氣孔的光纖具有相同數(shù)量級； [0010] (2)全部采用圓形空氣孔，制造工藝簡單；
[0011] (3)模場能量分布集中，熔接損耗??；
[0012] (4)光纖半徑?。?. 5ym)，更加適合微型傳感通訊設(shè)備。
【附圖說明】
[0013] 圖1為高雙折射光子準(zhǔn)晶光纖橫截面結(jié)構(gòu)圖；
[0014] 圖2為波長A= 1. 55ym時的Ex偏振?；Ｄ龇植?；
[0015] 圖3為波長A= 1. 55ym時的Ey偏振?；Ｄ龇植迹?br>[0016] 圖4為有效折射率隨波長的變化關(guān)系；
[0017]圖5為芯層空氣孔大小對光纖的影響（雙折射）；
[0018]圖6為芯層空氣孔大小對光纖的影響（拍長）；
[0019] 圖7為外包層圓形空氣孔大小對光纖的影響（雙折射）；
[0020] 圖8為外包層圓形空氣孔大小對光纖的影響（拍長）；
[0021]圖9為晶格常數(shù)大小對光纖的影響（雙折射）；
[0022] 圖10為晶格常數(shù)大小對光纖的影響（拍長）。
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本 發(fā)明技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的保護范圍中。
[0024] 經(jīng)典Penrose型光子準(zhǔn)晶，即二維八重、十重、十二重Penrose型。本發(fā)明高雙折 射光子準(zhǔn)晶橫截面如圖1所示，其背景材料為Si02，整個結(jié)構(gòu)的散射子（即圖中以不同灰 度標(biāo)注的空氣孔）以十重Penrose型光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)排布，晶格常數(shù)為A，包層圓形空氣孔 (取十重Penrose型光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)第三至九層的散射子）直徑分別為d#Pd4,其中：d3取自 十重Penrose型光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)第三至五層的散射子，（14取自十重Penrose型光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu) 第六至九層的散射子；在芯區(qū)引入六個圓形空氣孔，上下四個圓形空氣孔（取十重Penrose 型光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)第二層靠近土Y軸四個散射子）直徑為山，左右兩個圓形空氣孔（取十重 Penrose型光子準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)第三層±X軸上兩個散射子）直徑為d2;為增強不對稱性以提高 雙折射率，在土Y軸上1. 3XA處引入兩個直徑為(15的圓形空氣孔。
[0025] 具體實施算例：
[0026] 束傳播法（BPM)是目前模擬集成光波導(dǎo)器件最廣泛采用的方法之一。有限差分束 傳播法（FD-BPM)利用電磁場理論，在橫向采用時域有限差分法（FDTD)代替波動方程，將計 算區(qū)域設(shè)置為電場和磁場交叉的網(wǎng)格空間，用具有二階精度的中心差分格式把各場分量滿 足的微分方程轉(zhuǎn)化為差分方程從而得到離散場的數(shù)值解，在縱向仍逐步計算各個橫截面上 的場分布。該方法具有原理簡單，精度高及應(yīng)用廣等優(yōu)點?；诒痉椒▽饫w結(jié)構(gòu)進行理 論計算，得到了各項性能參數(shù)與波長、結(jié)構(gòu)的變化關(guān)系。
[0027] 模式雙折射B:兩個正交偏振模之間的有效折射率差。雙折射率越高，保偏能力越 強。
[0028]
[0029] 其中：neif表不y偏振方向基t旲的有效折射率，/|eff表不x偏振方向基|旲的有效折 射率。
[0030] 拍長LB:高雙折射光纖中兩個正交偏振模之間的相位差達到2JI時所傳輸?shù)拈L 度，定義為波長A與雙折射B的比值，量綱為mm。一般來說，拍長越短，保偏能力越強。
[0031]
(2)
[0032] 二氧化娃的材料折射率n隨波長的變化可由Sellmeier方程計算得到：
[0033]
(3)
[0034] 其中：
[0035] Bi= 0. 696166300B2= 0. 4079422600B3= 0. 897479400
[0036] (^= 0.004679148C2= 0. 013512060 C3= 97. 933980000
[0037] 光纖基模模場分布：
[0038] 經(jīng)模擬和計算所得的最優(yōu)結(jié)構(gòu)（山=1. 55ym，d2= 1. 6ym，d3= 1.