一種雙芯光子晶體光纖的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及光纖技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙芯光子晶體光纖。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，雙芯光子晶體光纖（DC-PCF)的研究也是光子晶體光纖（PCF)研究工作 的重要組成部分，其高雙折射特性、色散特性、非線性特性、耦合等特性已被廣泛研究，其中 耦合特性是非常重要的特性，在很多光學(xué)器件中有很重要的應(yīng)用，如：光纖耦合器、模式轉(zhuǎn) 換器、偏振分束器、波分復(fù)用器及光開關(guān)等。如付博等設(shè)計的DC-PCF具有較短的耦合長度 和高保偏度，該光纖對微型光子器件的研發(fā)具有參考價值。李丹等設(shè)計了一種高雙折射 DC-PCF，通過結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，DC-PCF的雙折射可以達(dá)到10_2量級，耦合長度為0. 1367mm， 獲得了較寬的色散平坦度。K. Saitoh等基于有限元法研究了 DC-PCF不同波長光束的耦合 特性。H. L Li等基于全矢量有限元法研究了非對稱DC-PCF的耦合特性，成功設(shè)計了雙芯單 偏振單模光子晶體光纖。Y. Ni等設(shè)計了一種新型雙芯光子晶體色散補(bǔ)償光纖，該光纖在波 長1. 551 μ m處，最大負(fù)色散值達(dá)-18000ps/nm*km。2008年，C. P. Yu等對液態(tài)填充DC-PCF 的色散補(bǔ)償特性進(jìn)行了深入的研究，通過改變PCF的結(jié)構(gòu)參數(shù)和填充液態(tài)物質(zhì)，獲得了期 望的相位匹配波長和色散值，其在1. 55 μ m處，最大負(fù)色散值達(dá)-19000ps/nm*km。2011年， D. C. Zografopoulos等設(shè)計了一種新型同軸DC-PCF，通過對結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，最終對其偏 振模色散進(jìn)行了有效的調(diào)節(jié)。JUalgueiro等研究了 DC-PCF耦合器的非線性效應(yīng)。PCF 偏振分束器在光通信系統(tǒng)中非常有用。目前，基于DC-PCF的各種類型的偏振分束器已被報 道。N. Florous等設(shè)計了基于DC-PCF的偏振分束器，其可被用于1. 33/1. 55 μ m波分復(fù)用器 (Wavelength Division Multiplexing，簡寫為WDMXD. Mao等基于全矢量有限兀法和半矢 量3D光束傳播法對全固態(tài)PCF的特性進(jìn)行分析，獲得了長度為6. 8_的偏振分束器，當(dāng)消 光比小于-20dB時，該偏振分束器的工作帶寬為15nm。L. Zhang等利用雙折射原理設(shè)計了 一種新型DC-PCF偏振分束器，該分束器具有長度短、高消光比及寬帶寬等優(yōu)勢。文科等基 于全矢量光束傳播法分析了矩形點陣橢圓空氣孔包層的DC-PCF，設(shè)計了一種較短長度的偏 振分束器，該分束器在1. 55 μ m波長處，實現(xiàn)偏振狀態(tài)的隔尚所需的光纖長度僅I. 055mm， 消光比達(dá)-16.9dB，當(dāng)消光比<-16dB時，該偏振分束器的帶寬為270nm。S. Liu等基于有 限元法設(shè)計了一種亞碲酸鹽玻璃DC-PCF偏振分束器，當(dāng)工作波長為1. 55 μ m時，該分束器 長度僅為〇. 36mm，當(dāng)消光比大于-IOdB時，該分束器的帶寬為20nm。
[0003] 光纖模式轉(zhuǎn)換器可以實現(xiàn)光纖中不同模式場之間的轉(zhuǎn)換，它是光通信系統(tǒng)中非常 重要的光學(xué)器件，可以借助DC-PCF加以實現(xiàn)。如孫兵等對模式有效折射率與光纖結(jié)構(gòu)參 數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行分析，獲得了相位匹配條件，實現(xiàn)了低損耗與寬帶寬的模式轉(zhuǎn)換（LP tll模 和LPjt之間的轉(zhuǎn)換)。此外，PCF雙芯耦合在傳感領(lǐng)域也具有非常重要的應(yīng)用。當(dāng)DC-PCF 的兩芯滿足相位匹配條件時，纖芯間的能量可以發(fā)生周期性的轉(zhuǎn)化。自從DC-PCF首次制 作成功以來，很多研究者將其應(yīng)用到曲率傳感、溫度傳感、生物傳感等方面。2001年，W. N. MacPherson等利用DC-PCF成功設(shè)計了雙光束干涉儀，該干涉儀記錄了包含曲率信息的相 位特性，從而實現(xiàn)了曲率傳感。孫兵基于光束傳播法設(shè)計了 DC-PCF生物傳感器，背景材料 為聚甲基丙烯酸甲酯聚合物，研究發(fā)現(xiàn)：薄膜厚度每變化一個nm，能量峰值移動5. 3nm，即 靈敏度為5. 3nm/nm。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型的目的是為解決上述技術(shù)問題的不足，提供一種雙芯光子晶體光纖， 具有高雙折射和C波段呈現(xiàn)負(fù)色散和負(fù)色散斜率特性，非常適合制作偏振分束器和與偏振 無關(guān)的耦合器。
[0005] 本實用新型為解決上述技術(shù)問題的不足，所采用的技術(shù)方案是：一種雙芯光子晶 體光纖，包括纖芯和包層，包層由均布空氣孔的背景材料構(gòu)成，其特征在于：所述包層具有 由上而下呈周期性排列的多行空氣孔，其中，奇數(shù)行的空氣孔數(shù)量為偶數(shù)行的空氣孔數(shù)量 的兩倍，纖芯由中心軸兩側(cè)的兩行空氣孔位于中間位置的空氣孔缺失形成。
[0006] 所述空氣孔的直徑為d，奇數(shù)行的空氣孔間隔為Λ，偶數(shù)行的空氣孔間隔為Λ /2， 相對孔間隔比f=d/ Λ，Λ為2·0μπι，f為0.4。
[0007] 所述背景材料折射率為1. 45。
[0008] 本實用新型的雙芯光子晶體光纖，具有高雙折射和C波段呈現(xiàn)負(fù)色散和負(fù)色散斜 率特性，非常適合制作偏振分束器和與偏振無關(guān)的耦合器。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本實用新型光子晶體光纖的橫截面示意圖；
[0010] 圖2是本實用新型光子晶體光纖的X-偏振方向與y_偏振方向耦合長度隨波長的 變化關(guān)系圖；
[0011] 圖3是本實用新型光子晶體光纖的歸一化傳輸功率隨傳輸距離的變化關(guān)系圖；
[0012] 圖4是本實用新型光子晶體光纖的歸一化傳輸功率隨波長的變化關(guān)系圖；
[0013] 圖5是本實用新型光子晶體光纖的歸一化傳輸功率消光比與波長的變化關(guān)系 圖；
[0014] 圖中標(biāo)記：1、空氣孔，2、纖芯。
【具體實施方式】
[0015] 如圖1所示，一種雙芯光子晶體光纖，包括纖芯和包層，包層由均布空氣孔的背景 材料構(gòu)成，纖芯為石英，背景材料為純石英材料，所述包層具有由上而下呈周期性排列的多 行空氣孔，其中，奇數(shù)行的空氣孔數(shù)量為偶數(shù)行的空氣孔數(shù)量的兩倍，纖芯由中心軸兩側(cè)的 兩行空氣孔位于中間位置的空氣孔缺失形成。所述空氣孔的直徑為d，奇數(shù)行的空氣孔間 隔為Λ，偶數(shù)行的空氣孔間隔為Λ /2,相對孔間隔比f=d/ Λ，所述空氣孔的折射率為1. 0， 背景材料折射率為1. 45。當(dāng)Λ =2. Oynuf=O. 4時，采用全矢量平面波法計算得到該DC-PCF 的X-偏振方向與Y-偏振方向的耦合長度Lx和Ly分別為0. 09225mm、0. 08134mm。當(dāng) L=8Lx=9Ly=732. 2 μ m時，可以實現(xiàn)兩偏振光的分離，可以制作偏振分束器。當(dāng)L=16Lx=18Ly 時，兩偏振光又在DC-PCF的同一個纖芯中發(fā)生稱合，可以制作與偏振無關(guān)的稱合器。
[0016] 圖2采用光束傳播法數(shù)值計算該DC-PCF的X-偏振方向與Y-偏振方向的耦合長度 Lx和Ly分別為0. 1223mm、0. 0985mm。圖3給出了，在波長I. 55 μ m處，DC-PCF的歸一化功率 隨傳輸距離的變化關(guān)系，其中Λ =2. 0 μ m，f=0. 4。從3圖可以看出，當(dāng)L=8Lx=9Ly=732. 2 μ m 時，從纖芯A入射基模模場光功率，經(jīng)過一個光纖長度后，實現(xiàn)了 X，Y-偏振光功率的分離。 此時，X-偏振模場光功率處于纖芯A，而Y-偏振模場光功率完全可以進(jìn)入纖芯B中，可以實 現(xiàn)兩偏振光的分離。
[0017] 圖4給出了，在1.40 μ m-1. 65 μ m范圍內(nèi)，DC-PCF的歸一化傳輸功率隨波長的變 化關(guān)系。從圖4可見，X-偏振和Y-偏振的歸一化功率隨波長呈現(xiàn)周期性變化。為了更清 楚了解通過偏振分束器的X，Y-偏振方向的光的分離效果，消光比是一個非常重要的參數(shù)。 ER越大，說明分離效果越好。圖5給出了 X與Y-兩偏振光的分離效果。從圖5可見，消光 比達(dá)到-IOdB時，DC-PCF的帶寬大約為15. 6nm。
[0018] 本實用新型的雙芯光子晶體光纖，具有高雙折射和C波段呈現(xiàn)負(fù)色散和負(fù)色散斜 率特性，非常適合制作偏振分束器和與偏振無關(guān)的耦合器。
【主權(quán)項】
1. 一種雙芯光子晶體光纖，包括纖芯和包層，包層由均布空氣孔的背景材料構(gòu)成，其特 征在于：所述包層具有由上而下呈周期性排列的多行空氣孔，其中，奇數(shù)行的空氣孔數(shù)量為 偶數(shù)行的空氣孔數(shù)量的兩倍，纖芯由中心軸兩側(cè)的兩行空氣孔位于中間位置的空氣孔缺失 形成。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種雙芯光子晶體光纖，其特征在于：所述空氣孔的直徑為 d，奇數(shù)行的空氣孔間隔為八，偶數(shù)行的空氣孔間隔為八/2,相對孔間隔比f=d/八，八為 2. O u m，f 為 0? 4。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種雙芯光子晶體光纖，其特征在于：所述空氣孔的折射率為 1.0,背景材料折射率為1.45。
【專利摘要】本實用新型涉及一種雙芯光子晶體光纖，包括纖芯和包層，包層由均布空氣孔的背景材料構(gòu)成，其特征在于：所述包層具有由上而下呈周期性排列的多行空氣孔，其中，奇數(shù)行的空氣孔數(shù)量為偶數(shù)行的空氣孔數(shù)量的兩倍，纖芯由中心軸兩側(cè)的兩行空氣孔位于中間位置的空氣孔缺失形成。本實用新型的雙芯光子晶體光纖，具有高雙折射和C波段呈現(xiàn)負(fù)色散和負(fù)色散斜率特性，非常適合制作偏振分束器和與偏振無關(guān)的耦合器。
【IPC分類】G02B6-02
【公開號】CN204314499
【申請?zhí)枴緾N201520001254
【發(fā)明人】許強(qiáng)
【申請人】寶雞文理學(xué)院
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月4日