CN102279439A

CN102279439A - 混合导光型单偏振单模光纤

Info

Publication number: CN102279439A
Application number: CN 201110210601
Authority: CN
Inventors: 刘敏; 张敏; 董传培; 马玲芳; 贺冯良
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2011-12-14

Abstract

本发明公开了一种混合导光型单偏振单模光纤，涉及一种光子晶体光纤，包括纤芯和混合包层，混合包层包括内包层和外包层，混合包层为包围纤芯的带有空气孔结构的区域，混合包层产生构成高双折射结构的类矩形侧芯结构，内包层为掺杂高折射率棒，外包层为5层多环空气孔，类矩形侧芯结构为将外包层中的第三层空气孔移去同排相邻的3个空气孔所形成的区域，类矩形侧芯结构对称分布在纤芯的两侧，本发明提出在混合导光型光子晶体光纤中实现单偏振单模特性，消除混合导光型PCF中的偏振串扰、偏振模色散等非理性因素的影响，在单偏振单模区域内具有平坦的群速度色散，因此具有较大的实用价值。

Description

混合导光型单偏振单模光纤

技术领域

本发明涉及一种光子晶体光纤，特别涉及一种混合导光型单偏振单模光纤。

背景技术

光子晶体光纤（photonic crystal fiber，PCF）是一种带有线缺陷的二维光子晶体，又被称为微结构光纤(Microstructure Optical Fiber)或多孔光纤(Holey Fiber)，是由R.J.Russell小组的J.C.Knight等人在1996年首次制造出来的(Optics Letters，21，1547-1549，1996)。PCF的包层由规则分布的空气孔组成，纤芯由石英或空气孔构成线缺陷，利用其局限光的能力，将光限制在纤芯中传播。PCF按其导光机制可以分为两类：折射率导光型PCF，通过全内反射导光；光子带隙导光型PCF，通过光子带隙效应导光。混合导光型PCF是近年新起的一个研究热点，该种光纤主要是在传统空气孔包层中填充了两种不同折射率的介质，使包层形成某一局部的有效折射率大于纤芯折射率，而另外部分包层的有效折射率小于纤芯折射率，即存在带隙型和全内反射型两种导引机理共同作用的情况，因此同时具备了折射率导光型和带隙导光型PCF的特性。

单偏振单模(single-polarization single-mode, SPSM)光纤仅支持基模的一个偏振分量在其中传输，因此又被称为“绝对单模”(Absolute Single-mode)光纤。SPSM光纤可消除偏振串扰、偏振模色散等不利影响。因此，在光通信、高性能光器件、光纤光学、传感乃至医疗等众多领域显示出巨大优势并已得到广泛应用。

因此急需一种在混合导光型中实现单偏振单模特性的光子晶体光纤。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出一种在混合导光型中实现单偏振单模特性的光子晶体光纤，消除混合导光型PCF中的偏振串扰、偏振模色散的影响。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的混合导光型单偏振单模光纤，包括纤芯和混合包层，所述混合包层为包围纤芯的带有空气孔结构的区域，所述空气孔在光纤基质中沿轴向均匀呈周期性排列。

进一步，所述混合包层还包括有侧芯结构；所述侧芯结构为高双折射的类矩形结构，所述侧芯结构对称分布在以纤芯为中心的混合包层中的同一圆周上；

进一步，所述混合包层包括内包层和外包层，所述内包层夹在纤芯和外包层之间，所述内包层的半径r₁=0.6微米，所述外包层的半径r=1.12微米，所述空气孔的孔间距Λ=2.80微米；

进一步，所述内包层采用折射率为

的掺杂高折射率棒；

进一步，所述外包层为5层环状空气孔；

进一步，所述类矩形侧芯结构为将外包层中的空气孔移去同排相邻的三个空气孔所形成的区域，所述类矩形侧芯结构对称分布在纤芯的两侧；

进一步，所述光纤纤芯为对称性的无双折射区的芯区；

进一步，所述整个光纤的基质为折射率n=1.45的硅材料；

进一步，所述光纤混合包层中的空气孔为是圆形或正多边形。

本发明的优点在于：本发明提出在混合导光型光子晶体光纤中实现单偏振单模特性，形成一种新颖的混合导光型单偏振单模光纤，可以消除混合导光型PCF中的偏振串扰、偏振模色散等非理性因素的影响，该光纤结构的单偏振单模范围是1.527微米-1.639微米，包含了现有光通信系统使用的1.55微米，而且在单偏振单模区域内具有平坦的群速度色散，因此具有较大的实用价值。本文提出的结构对于今后采用PCF制作新型光电器件具有指导意义。

本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为混合导光型单偏振单模光纤的截面图；

图2为纤芯A区和侧芯B区基模有效折射率分布随波长的变化曲线；

图3为纤芯A区基模群速度色散分布随波长的变化曲线。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

图1为混合导光型单偏振单模光纤的截面图，如图所示：本发明提供的混合导光型单偏振单模光纤，包括纤芯1和混合包层，所述混合包层为包围纤芯的带有空气孔结构的区域，所述空气孔在光纤基质中沿轴向均匀呈周期性排列；纤芯作为单偏振单模光纤的中心区A区。

混合包层还包括有侧芯结构2，所述侧芯结构为高双折射的类矩形结构，所述侧芯结构2对称分布在以纤芯为中心的混合包层中的同一圆周上；所述侧芯结构2为将外包层中同一圆周上的相邻的三个空气孔去掉所形成的区域；所述侧芯结构2作为单偏振单模光纤的边芯区B区。

作为上述实施例的进一步改进，所述混合包层包括内包层3和外包层4，所述内包层3夹在纤芯1和外包层4之间，所述内包层3的半径r₁=0.6微米，所述外包层4的半径r=1.12微米，所述空气孔的孔间距Λ=2.80微米。本发明提供两个侧芯结构对称分布在以纤芯为中心的混合包层中的同一圆周上，该两个侧芯结构分别为在外包层的第三层上移去相邻的三个空气孔，然后以包层基质代替的类矩形结构；该侧芯靠近包层边缘，形成高泄漏区。侧芯模式将因高限制损耗而迅速衰减，不能成为光纤的有效传输模式，光纤的纤芯A区为低损耗、高重旋转对称性的无双折射区，作为单偏振单模光纤的中心区。通过A、B区的“模式吸收效应”实现光纤的单偏振单模特性。

作为上述实施例的进一步改进，所述内包层采用折射率为

的掺杂高折射率棒。

作为上述实施例的进一步改进，所述外包层为5层多环空气孔。

作为上述实施例的进一步改进，所述类矩形侧芯结构为将外包层中的空气孔移去同排相邻的空气孔所形成的区域，所述类矩形侧芯结构对称分布在纤芯的两侧。

作为上述实施例的进一步改进，所述光纤纤芯为对称性的无双折射区的芯区。

作为上述实施例的进一步改进，所述整个光纤的基质为折射率n=1.45的硅材料。

作为上述实施例的进一步改进，所述光纤混合包层中的空气孔为是圆形或正多边形。

图2为纤芯A区基模有效折射率分布随波长的变化曲线，如图所示：通过有限元软件对该模型进行计算可得纤芯基模和边芯区基模的有效折射率随波长的变化曲线，如下所示：

1、λ＜λ1时，λ1=1.527微米，A区模式具有较高的有效折射率，此时x、y模场能量均主要集中在A区，二者正交简并，构成光纤的有效传导基模；

2、λ=λ1时，A、B中的x偏振模式满足折射率匹配条件，发生谐振耦合，同时伴随着模场能量在A、B之间振荡并逐渐被B区损耗；

3、λ1＜λ﹤λ2时，λ2=1.639微米，x偏振模场将集中于B区，不再为光纤的有效传导模式，y偏振模成为A区的有效束缚模式，即在此区域内，A区变为只有单一的y偏振模式传输。

4、λ=λ2时，A、B中的y偏振模式也满足折射率匹配条件，发生谐振耦合，同时伴随着模场能量在A、B之间振荡并逐渐被B区损耗；

5、λ>λ2时，B区模式具有较高的有效折射率，此时x、y模场能量均主要集中在B区，成为高损耗模。

本发明提供的光纤结构的单偏振单模区域为λ1=1.527微米-λ2=1.639微米，包含了现有光通信系统使用的1.55微米。

图3为纤芯A区基模群速度色散分布随波长的变化曲线，如图所示，本发明所提出的混合导光型的单偏振单模光纤的色散特性如图3所示，在单偏振单模区域内群色度色散较平坦。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1. 混合导光型单偏振单模光纤，其特征在于：包括纤芯和混合包层，所述混合包层为包围纤芯的带有空气孔结构的区域，所述空气孔在光纤混合包层的基质中沿轴向均匀呈周期性排列。

2. 根据权利要求1所述的混合导光型单偏振单模光纤，其特征在于：所述混合包层还包括有侧芯结构；所述侧芯结构为高双折射的类矩形结构，所述侧芯结构对称分布在以纤芯为中心的混合包层中的同一圆周上。

3. 根据权利要求2所述的混合导光型单偏振单模光纤，其特征在于：所述混合包层包括内包层和外包层，所述内包层夹在纤芯和外包层之间，所述内包层的半径r₁=0.6微米，所述外包层的半径r=1.12微米，所述空气孔的孔间距Λ=2.80微米。

4. 根据权利要求3所述的混合导光型单偏振单模光纤，其特征在于：所述内包层采用折射率为

Figure 2011102106011100001DEST_PATH_IMAGE001

的掺杂高折射率棒。

5. 根据权利要求4所述的混合导光型单偏振单模光纤，其特征在于：所述外包层为5层环状空气孔。

6. 根据权利要求5所述的混合导光型单偏振单模光纤，其特征在于：所述光纤纤芯为对称性的无双折射区的芯区。

7. 根据权利要求6所述的混合导光型单偏振单模光纤，其特征在于：所述整个光纤的基质为折射率n=1.45的硅材料。

8. 根据权利要求7所述的混合导光型单偏振单模光纤，其特征在于：所述光纤混合包层中的空气孔为是圆形或正多边形。