CN102411167B - 光子晶体光纤 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学与激光光电子技术领域，具体公开了一种光子晶体光纤，包括：纤芯，纤芯为掺锗二氧化硅；围绕着纤芯的包层，在包层中排列有周期性分布的空气孔结构，在包层内，在空气孔结构的两侧设置有以纤芯为中心的位置对称的两个空气孔，两个空气孔内插有电极。本发明的光子晶体光纤由于在用于插入电极的孔之间分布有空气孔结构，从而使得在纤芯中传输的光的非线性效应更加明显，增强了输出信号。
Description
技术领域
本发明涉及光学与激光光电子技术领域，尤其涉及一种光子晶体光纤。
背景技术
从1550nm红外频带到500nm可见光频带的大跨度波长变换是连接传统1550nm光信号处理和海底蓝绿光信号传输的关键技术。然而传统的光-电-光波长变换虽然技术成熟，但是其转换速率受到电子瓶颈的限制，因此全光波长变换是更有前景的发展方向。在现有技术中，实现较大跨度波长变换的方法主要有基于四波混频的波长变换方法以及基于电周期性极化光纤产生二次谐波的方法，两种方法均需要光纤有较高的非线性，四波混频波长变换所需要的相位匹配条件还需要光纤有适合的色散分布，而普通的非线性光纤难以达到这些要求。
非线性的光子晶体光纤可以很容易的满足以上这些要求。光子晶体光纤，是一种包层具有周期性排列的沿光纤轴线平行伸展的空气小孔结构的新型光纤。其中纤芯可以是实心的二氧化硅或者大空气孔。前者是折射率导引型光子晶体光纤，后者是带隙导引型光子晶体光纤。由于其具有空气-二氧化硅结构，因此可以实现比掺杂大得多的折射率调制。光子晶体光纤的强折射率调制能够使其比掺杂工艺制作的非线性光纤更加方便调节色散分布。目前所报道的能够实现大跨度较高效率四波混频波长变换的光纤都采用了双零色散点结构，该种结构最容易符合跨度较大情况下的相位匹配条件。
但目前基于电周期性极化光纤产生二次谐波的光子晶体光纤所变换出的波长光的信号不够强，因此影响了使用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何使光子晶体光纤利用电周期性极化进行波长变换时，所输出的光信号更强。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提出了一种光子晶体光纤，包括：纤芯，所述纤芯为掺锗二氧化硅；围绕着所述纤芯的包层，在所述包层中排列有周期性分布的空气孔结构，
在所述包层内，在所述空气孔结构的两侧设置有以所述纤芯为中心的位置对称的两个空气孔，所述两个空气孔内插有电极。
其中，所述空气孔结构按正六边形排列。
其中，所述空气孔结构中紧邻所述纤芯的空气孔有6个，分别位于所述正六边形的顶点上，其中呈中心对称的两个空气孔的直径大于所述空气孔结构中所有其它空气孔的直径，并且所述空气孔结构中所有其它空气孔的直径相同。
其中，所述空气孔结构中的空气孔的排列周期是1.1μm。
其中，在所述空气孔结构中，两个直径大于所有其它直径相同的空气孔的空气孔的直径是0.8μm。
其中，在所述空气孔结构中，所述所有其它直径相同的空气孔的直径是0.7μm。
其中，两个用于插入电极的所述空气孔的直径是40μm。
其中，两个用于插入电极的所述空气孔之间的距离是80μm。。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：上述技术方案通过在光子晶体光纤包层中设置两个直径较大的空气孔，在其内部设置电极，实现光子晶体光纤采用电周期性极化进行波长变换，同时还采用了周期性排列的空气孔结构，因而增强了二次谐波的效应，从而增强了变换所得的信号强度。
附图说明
图1是本发明实施例的光子晶体光纤的部分横截面图；
图2是本发明一个实施例的光子晶体光纤的空气孔结构的空气孔直径大小与色散曲线分布的关系图；
图3是本发明又一实施例的光子晶体光纤的空气孔结构的空气孔排列周期与色散曲线分布的关系图；
图4是本发明优选实施例的光子晶体光纤的横截面图；
图5是本发明优选实施例的光子晶体光纤的色散曲线图；
图6是本发明优选实施例的光子晶体光纤相位匹配时泵浦、信号和闲频分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图4所示为本发明优选实施例的光子晶体光纤的横截面图，包括：
纤芯，纤芯为掺锗二氧化硅，纤芯掺锗使其可以进行电极化；围绕着纤芯的包层，在包层中排列有延纤芯平行延伸的周期性分布的空气孔结构，空气孔结构按正六边形排列，如图1所示，紧邻纤芯的空气孔结构中的空气孔有6个，分别位于正六边形的顶点上，其中呈中心对称的两个空气孔的直径大于空气孔结构的所有其它空气孔的直径，使得在纤芯中产生的双折射效应可以保持传输模的偏振态，并且空气孔结构中的所有其它空气孔的直径相同，以将模场控制在纤芯内，空气孔的直径和排列周期均较小，以获得较大的色散斜率和较小的纤芯截面积，从而得到包含两个零色散点的色散曲线分布以及较大的非线性系数；在包层内，在空气孔结构的两侧设置有以纤芯为中心的位置对称的沿纤芯平行延伸的两个空气孔，用于插入电极，以产生二次谐波效应。
经多次实验发现，色散曲线分布与空气孔结构中的直径相同的空气孔的直径(φ)以及空气孔结构中空气孔之间的距离，即排列周期(晶格常数)Λ有密切的关系，色散曲线的整体会随着φ的增大而上升，如图2所示，当排列周期Λ为1.2μm时，曲线1、2、3、4和5分别表示φ为0.3μm、0.35μm、0.4μm、0.5μm和0.55μm时的色散曲线分布，色散曲线整体随φ的增大而升高。色散曲线分布同时会随着空气孔排列周期的增大而横向拉伸，如图3所示，当直径相同的空气孔的直径φ为0.4μm时，曲线6、7、8、9、10和11分别表示当Λ为0.9μm、1μm、1.1μm、1.15μm、1.2μm和1.5μm时的色散分布，其表明随着空气孔的排列周期的增大，色散曲线横向拉伸。
如图4所示，本发明优选实施例的光子晶体光纤的横截面示意图，各个参数为：孔排列周期(晶格常数)Λ＝1.1μm，纤芯周围直径较大空气孔的直径d＝0.8μm，直径相同的空气孔直径为φ＝0.7μm，用于插入电极的空气孔直径D＝40μm，用于插入电极的两个空气孔之间的距离L＝80μm。
如图5所示，具有上述参数的本发明的光子晶体光纤的光纤色散曲线有两个零色散点，分别在730nm和1230nm两个波长位置，最大色散约为70ps/(nm.km)，在波长大约950nm的位置。如图6所示为根据上述参数计算出的满足相位匹配条件的泵浦光波长及相应信号光和闲频光的波长分布，其中，曲线12表示闲频分布，而曲线13表示信号分布，当泵浦光的范围在500nm-1300nm，信号光的范围是800-2000nm。
当不使用电极时，根据本发明的光子晶体光纤基于四波混频进行波长变换，例如当输入1550nm和1400nm的光信号时，输出750nm的光信号。而当使用电极时，该光纤基于二次谐波进行波长变换，例如，当输入1550nm和1400nm的信号光时，输出1300nm的信号光，由于在用于插入电极的空气孔之间分布有空气孔结构，使得光传输时产生的非线性效应也就是二次谐波效应更加强烈，从而输出的光信号更强。
以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种光子晶体光纤，其特征在于，包括：纤芯，所述纤芯为掺锗二氧化硅；围绕着所述纤芯的包层，在所述包层中排列有周期性分布的空气孔结构，其特征在于，
在所述包层内，在所述空气孔结构的两侧设置有以所述纤芯为中心的位置对称的两个空气孔，所述两个空气孔内插有电极；
所述空气孔结构按正六边形排列；
所述空气孔结构中紧邻所述纤芯的空气孔有6个，分别位于所述正六边形的顶点上，其中呈中心对称的两个空气孔的直径大于所述空气孔结构中所有其它空气孔的直径，并且所述空气孔结构中所有其它空气孔的直径相同。
2.如权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于，所述空气孔结构中的空气孔的排列周期是1.1μm。
3.如权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于，在所述空气孔结构中，两个直径大于所有其它直径相同的空气孔的空气孔的直径是0.8μm。
4.如权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于，在所述空气孔结构中，所述所有其它直径相同的空气孔的直径是0.7μm。
5.如权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于，两个用于插入电极的所述空气孔的直径是40μm。
6.如权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于，两个用于插入电极的所述空气孔之间的距离是80μm。
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