CN102323640A - 一种抗弯曲单模光子晶体光纤 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗弯曲单模光子晶体光纤。该光纤截面包括一个三角形纤芯、一个由直径大小不同的空气孔形成的包层以及圆形基底材料；包层中的空气孔形成内、外两个区域，空气孔间距为Λ；内包层由一圈包覆在纤芯上的直径为d₁的空气孔构成；外包层由包围着内包层的直径为d₂空气孔构成，且d₁＞d₂；其特征在于：三角形纤芯结构和内、外双包层对光的限制作用，本发明光纤在光传输过程中既保证了光集中在纤芯中传播，其模场面积大小在60μm²～90μm²，与普通单模光纤相匹配，同时具有良好的抗弯曲性能。本发明光纤可应用于数据中心布线系统、高速网络，尤其是光纤到户等布线过程中光纤需要弯曲的场合。

Description

一种抗弯曲单模光子晶体光纤

技术领域

本发明涉及一种光子晶体光纤，特别是一种抗弯曲特性良好的单模光子晶体光纤。

技术背景

随着通信网络技术的飞速发展，高清晰度电视、网络游戏等高宽带业务应运而生，这对通信网络的传输和交换能力，尤其是传统的以ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户环路)为主的宽带接入网方式提出了更高的要求。接入网中主要使用的G.652光纤已经成为了光纤网络建设中的重点。然而，接入网中，特别是光纤到户过程中“最后一公里”的问题，一直都是电信网络发展的瓶颈。接入网光纤由于受到街道，楼梯，房间拐角等复杂的应用场合、户与户之间繁多的接入点以及布线时的拉扯、折弯等因素的影响，发生弯曲的情况不可避免。这无疑对光纤的弯曲性能提出了更高的要求。目前普遍使用的G.652光纤由于受其弯曲损耗及机械性能的影响，其弯曲半径一般不能小于30mm，难以在室内拐角处任意扭曲布线。因此，要真正实现光纤到户，需要进一步提高光纤的抗弯曲性能。

光纤的弯曲性能是由其波导结构决定的，不同的光纤结构给光纤带来了不同的性能。传统光纤结构在布线过程中由于弯曲、扭转，使得原本在纤芯中传播的模式就容易向包层甚至更外层产生泄漏，产生弯曲损耗。目前主要使用的G.652光纤在1550nm处弯曲半径10mm时，损耗约为6.13dB/m。即使改进型的G.675B抗弯曲单模光纤当弯曲半径为10mm时，其弯曲损耗也高达1.59dB/m。因此，我们需要设计出抗弯曲性能更好，比如弯曲半径更小，损耗更低的单模光纤结构来满足实际的某些应用场合。

发明内容

本发明的目的在于解决常见的单模传输光纤临界弯曲半径大、弯曲损耗高，弯曲性能低的问题，提供了一种抗弯曲单模光子晶体光纤，不仅能与普通单模光纤模场匹配，而且有效的提高了光纤抗弯曲性能，可应用于光纤需要弯曲、扭转，如数据中心布线系统、光纤到户等领域。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种抗弯曲单模光子晶体光纤，所述光纤横截面包括一个三角形纤芯、一个由直径大小不同的空气孔形成的包层以及圆形基底材料；所述的基底材料为高折射率材料，如石英或聚合物材料；所述的直径大小不同的空气孔分布在以圆形基底材料点为中心构成的正六边形网格结构结点上，网格结点间间距为Λ，其取值范围为：5.5μm～7μm；所述的三角形纤芯由网格中心区域相邻的三个结点处空气孔缺失形成，其构成材料为基底材料；所述的空气孔形成的包层分为内、外两层，其中内包层包覆在三角形纤芯上，由直径为d1的空气孔形成；外包层包覆在内包层上，由直径为d₂的空气孔形成；所述光纤的特征在于：外包层空气孔直径d₂：0.2Λ≤d₂≤0.25Λ；内包层空气孔直径d₁：2.15 d₂≤d₁≤3.3 d₂。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明的光纤采用具有高折射率芯区的光子晶体光纤，将三角形纤芯引入光纤结构中，同时设计了内外两层由直径大小不同的空气孔形成的包层区域；利用三角形纤芯结构和内、外双包层对光的限制作用，本发明光纤在光传输过程中既能保证光能量集中在纤芯中传播，其模场面积大小在60μm²～90μm²，与普通单模光纤相匹配，同时具有良好的抗弯曲性能。本发明光纤可应用于数据中心布线系统、高速网络，尤其是光纤到户等布线过程中光纤需要弯曲的场合。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的截面示意图。

图2为图1所示实施例在1550nm处，光纤不弯曲和弯曲半径为4.5mm时，基模模场分布示意图。

图3为图1所示实施例光纤在1550nm处弯曲损耗随弯曲半径的变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

一种抗弯曲单模光子晶体光纤，采用与现有拉制普通光纤的类似技术，将石英管和芯棒按照设计的周期性结构堆积并熔合成形，再经过多次拉丝制备成本发明的截面结构的光子晶体光纤。

图1所示为本发明实施例的光纤横截面示意图，该光纤光纤横截面包括个三角形纤芯(1)、一个由直径大小不同的空气孔(2、3)形成的包层(4)以及圆形基底材料(5)；所述的基底材料(5)为高折射率材料，如石英或聚合物材料；所述的直径大小不同的空气孔(2、3)分布在以圆形基底材料(5)圆点为中心构成的正六边形网格结构结点上，网格结点间间距Λ为6.5μm；所述的三角形纤芯由网格中心区域相邻的三个结点处空气孔缺失形成，其构成材料为基底材料；所述的空气孔形成的包层分为内、外两层，其中内包层包覆在三角形纤芯上，由直径为d₁为4μm的空气孔形成；外包层包覆在内包层上，由直径d₂为1.375μm的空气孔形成；三角形的纤芯结构以及采用直径大小不同的空气孔设计成光纤双包层，使得该光子晶体光纤在具有与普通单模光纤的模场面积相匹配的同时，还具有良好的抗弯曲性能。

图2给出了波长1550nm的光入射时，该实施例光纤分别在不弯曲和弯曲半径为4.5mm时，纤芯区1的模场分布情况。当光纤不弯曲时，入射光在传播过程中，光场分布呈现出与纤芯形状相同的三角形，且光能量被很好的集中在纤芯中传播，此时模场面积约为84.5μm²；当弯曲半径为4.5mm时，基模的光斑向三角形纤芯的一侧发生变形和收缩，但光能量同样很好的集中在纤芯中传播，并未发生向包层区泄漏的情况，此时模场面积仍然高达79.2μm²。

图3给出的是当入射光波长为1550nm时，该实施例光纤弯曲损耗随着弯曲半径的变化示意图。通过图形可以看出：当弯曲半径为4.5mm时，该光纤x、y偏振模的弯曲损耗分别仅为1.17dB/m、0.81dB/m。由此可见，三角形纤芯结构的引入以及围绕在纤芯周围的一圈大空气孔的使用，较好的提高了光纤的弯曲性能，保证了该光纤即使在弯曲半径小至毫米量级时，也不会发生能量大规模的向包层泄漏的情况。

Claims (1)

1.一种抗弯曲单模光子晶体光纤，其光纤横截面包括一个三角形纤芯(1)、一个由直径大小不同的空气孔(2、3)形成的包层(4)以及圆形基底材料(5)；所述的基底材料(5)为高折射率材料，如石英或聚合物材料；所述的直径大小不同的空气孔(2、3)分布在以圆形基底材料(5)圆点为中心构成的正六边形网格结构结点上，网格结点间间距为Λ，其取值范围为：5.5μm～7μm；所述的三角形纤芯(1)由网格中心区域相邻的三个结点处空气孔缺失形成，其构成材料为基底材料；所述的空气孔形成的包层(4)分为内、外两层，其中内包层包覆在三角形纤芯(1)上，由直径为d₁的空气孔(2)形成；外包层包覆在内包层上，由直径为d₂的空气孔(3)形成；所述光纤的特征在于：

所述的外包层空气孔(3)直径d₂：0.2Λ≤d₂≤0.25Λ；

所述的内包层空气孔(2)直径d₁：2.15 d₂≤d₁≤3.3 d₂。

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