CN101694533A - 混合导光型光子晶体光纤的波分复用/解复用器 - Google Patents

混合导光型光子晶体光纤的波分复用/解复用器 Download PDF

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文科
王荣
刘颖
汪井源
李建华
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混合导光型光子晶体光纤的波分复用/解复用器由一段三芯光子晶体光纤构成，该三芯光子晶体光纤的包层由在纯二氧化硅材料(1)内按等边三角形晶格排列的空气孔(2)形成，该三芯光子晶体光纤通过缺失三个空气孔形成三个独立的波导即第一波导(A)、第二波导(B)、第三波导(C)：第一波导(A)为折射率导光型波导；通过在第二波导(B)周围的第一圈空气孔填充折射率为1.63的材料，形成了带隙导光型波导；通过在第三波导(C)周围的第一圈空气孔填充折射率为1.71的材料，形成了带隙导光型波导；由于填充材料折射率的不同，在第一波导(A)和第二波导(B)、第一波导(A)和第三波导(C)之间构成了两个不同响应波长的光滤波器。

Description

混合导光型光子晶体光纤的波分复用/解复用器
技术领域
本发明涉及的光波分复用/解复用器是构成波分复用多信道光波系统的关键器件，适用于光纤通信系统和网络。光波分复用/解复用器对利用光纤频带资源，扩展通信系统容量具有重要意义。
背景技术
光波分复用/解复用器是一种具有波长选择性的特殊的耦合器，是构成波分复用多信道光波系统的关键器件，其功能是将若干路不同波长的信号复合后送入同一根光纤中传送，或将在同一根光纤中传送的多波长光信号分解后分送给不同的接收机。光波分复用/解复用器通常可分为三类：稀疏型复用/解复用器、密集型复用/解复用器和致密型复用/解复用器。实现波分复用/解复用的技术通常有光学介质薄膜滤波器、阵列光波导、光纤光栅和其它干涉型滤光器件。介质薄膜滤波器型复用/解复用器信号通带比较平坦、插入损耗低，但是加工比较复杂；阵列光波导型复用/解复用器尺寸小，但是需要温度补偿，通带内的频率响应不够平坦；光纤光栅型复用/解复用器具有较好的波长选择性，但是体积较大。
光子晶体光纤(Photonic crystal fibers，PCFs)，也称作微结构光纤(MicrostructureFibers，MFs)、多孔光纤(Holey Fibers，HFs)，是最近几年刚刚兴起的一种新型光纤。研究表明，光子晶体光纤具有传统光纤无法比拟的奇异传输特性，它不仅可能成为比普通光纤更加优异的光传输介质，而且可以用来制作各种前所未有的、新奇的光电子器件，克服现有光电子器件的缺点和不足。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种混合导光型光子晶体光纤的波分复用/解复用器，利用混合导光型光子晶体光纤的选频特性，构成了两个不同响应波长的光滤波器，从而实现波分复用/解复用的功能。
技术方案：本发明设计了一种基于混合导光型光子晶体光纤的光波分复用/解复用器。该波分复用/解复用器由一段三芯光子晶体光纤构成，该三芯光子晶体光纤的包层由在纯二氧化硅材料内按等边三角形晶格排列的空气孔形成，空气孔的直径为d＝1.67μm，孔间距为Λ＝3.15μm；该三芯光子晶体光纤通过缺失三个空气孔形成三个独立的波导即第一波导、第二波导、第三波导：第一波导为折射率导光型波导；通过在第二波导周围的第一圈空气孔填充折射率为1.63的材料，形成了带隙导光型波导；通过在第三波导周围的第一圈空气孔填充折射率为1.71的材料，形成了带隙导光型波导；由于填充材料折射率的不同，在第一波导和第二波导、第一波导和第三波导之间构成了两个不同响应波长的光滤波器，从而实现波分复用/解复用的功能。
有益效果：该波分复用/解复用器长度为4.3mm，能实现波长为1.31μm和1.55μm光的复用/解复用。该波分复用/解复用器体积小，加工简单，克服有现有的波分复用/解复用器的不足。
附图说明
图1光波分复用/解复用器横截面。d＝1.67μm，Λ＝3.15μm，波导B和波导C周围分别填充折射率为1.63和1.71的高折射率材料。1区为基底材料二氧化硅，2区为空气孔。
图2PCF带隙及模式有效折射率曲线。实线表示波导A中基模有效折射率；点线表示纤芯B中基模有效折射率；虚线表示纤芯C中基模有效折射率。I区为空气孔填充折射率为1.63的材料时的带隙；II区为空气孔填充折射率为1.71的材料时的带隙。
图3入射光波长λ1＝1.31μm时归一化光功率沿光纤的变化。实线、虚线、点线分别表示纤芯A、纤芯B、纤芯C中光功率的变化。
图4入射光波长λ1＝1.55μm时归一化光功率沿光纤的变化。实线、虚线、点线分别表示纤芯A、纤芯B、纤芯C中光功率的变化。
具体实施方式
本发明的光波分复用/解复用器横截面结构如图1所示。光纤的包层由在纯二氧化硅材料内按等边三角形晶格排列的空气孔形成，空气孔的直径为d＝1.67μm，孔间距为Λ＝3.15μm。光纤通过缺失三个空气孔形成三个独立的波导，即第一波导A、第二波导B、第三波导C。第二波导B和第三波导C周围分别填充折射率为1.63和1.71的高折射率材料。图2是该光波分复用/解复用器基模模式色散曲线。I区表示填充材料折射率1.63时的带隙；II区表示填充材料折射率1.71时的带隙。根据超模式理论，每个波导可以当作独立波导来分析。在波长λ1＝1.31μm处，第一波导A的模式有效折射率与第二波导B的模式有效折射率相等，因此波长为λ1＝1.31μm的光，在第一波导A与第二波导B中将产生能量耦合，经计算其耦合长度为LC1＝580μm。同样，波长为λ2＝1.55μm的光，在第一波导A与第三波导C中将产生能量耦合，其耦合长度为LC2＝420μm。
图3表示了各个波导中归一化光功率沿光纤的变化。从图中可以看到，当光纤长度为LC＝4.3mm时，第一波导A中波长为1.31μm的光功率仅有3.7％，波长为1.55μm的光功率仅有4.7％；第二波导B中波长为1.31μm的光功率有32.4％，波长为1.55μm的光功率有2.2％；第三波导C中波长为1.31μm的光功率仅有3％，波长为1.55μm的光功率有24.9％；其余的光功率在传输过程中损耗。由此可见，光纤长度为LC＝4.3mm时，1.31μm光的功率几乎全集中在第二波导B中，1.55μm光的功率几乎全集中在第三波导C中。

Claims (2)

1.一种混合导光型光子晶体光纤的波分复用/解复用器，其特征在于该波分复用/解复用器由一段三芯光子晶体光纤构成，该三芯光子晶体光纤的包层由在纯二氧化硅材料(1)内按等边三角形晶格排列的空气孔(2)形成，该三芯光子晶体光纤通过缺失三个空气孔形成三个独立的波导即第一波导(A)、第二波导(B)、第三波导(C)：第一波导(A)为折射率导光型波导；通过在第二波导(B)周围的第一圈空气孔填充折射率为1.63的材料，形成了带隙导光型波导；通过在第三波导(C)周围的第一圈空气孔填充折射率为1.71的材料，形成了带隙导光型波导；由于填充材料折射率的不同，在第一波导(A)和第二波导(B)以及第一波导(A)和第三波导(C)之间构成了两个不同响应波长的光滤波器，从而实现波分复用/解复用的功能。
2.根据权利要求1所述的混合导光型光子晶体光纤的波分复用/解复用器，其特征在于所述的空气孔(2)的直径为d＝1.67μm，孔间距为Λ＝3.15μm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102436025A (zh) * 2011-12-23 2012-05-02 中国人民解放军理工大学 基于混合导光光子晶体光纤的多波长色散补偿光纤
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CN113466988A (zh) * 2021-06-24 2021-10-01 燕山大学 一种基于三芯光子晶体光纤的宽带模分复用器

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