CN102436025A - 基于混合导光光子晶体光纤的多波长色散补偿光纤 - Google Patents

基于混合导光光子晶体光纤的多波长色散补偿光纤 Download PDF

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刘颖
汪井源
李建华
谢晓刚
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Abstract

本发明涉及一种基于混合导光光子晶体光纤的多波长色散补偿光纤，该多波长色散补偿光纤包层由在纯二氧化硅材料的基底（4）内按正规三角形晶格排列的空气孔（3）和掺杂的高折射率介质棒形成；掺杂的纤芯（1）位于中心，高折射率介质棒（2）位于掺杂的纤芯（1）的外周，空气孔（3）位于高折射率介质棒（2）的外周，高折射率介质棒（2）和空气孔（3）均为三角形晶格排列。该色散补偿光纤是基于混合导光型的光子晶体光纤设计，具有双芯结构。由于纤芯的混合导模受光子晶体的带隙影响，当工作波长位于带隙边缘时会与包层的缺陷模式耦合从而出现大负色散现象，同时，光纤具有多个带隙，在多个带隙边缘都会出现色散补偿现象。

Description

基于混合导光光子晶体光纤的多波长色散补偿光纤
技术领域
本发明涉及的色散补偿光纤是构成光纤通信系统的重要器件，适用于光纤通信中的色散补偿，对于扩展通信系统容量具有重要意义。
背景技术
在DWDM及长距离、大容量通信系统中，色散的影响较为严重，因而色散补偿问题一直以来都受到广泛的关注。近几年来，光子晶体光纤由于其特殊的性能而被广泛应用于光通信器件的开发中。而光子晶体光纤优异的色散控制性能也得到了业界专家的广泛认可。基于光纤的色散补偿器件一般分为两类，其一是基于常规光纤的色散补偿光纤，此类色散补偿光纤的负色散值一般较小。另一种就是基于光子晶体光纤的色散补偿光纤，光子晶体色散补偿光纤通常是基于一种双芯耦合机制，通过内芯和包层区域模式的耦合来获得负色散。但是这种光子晶体色散补偿光纤结构较为复杂，在工业上不易实现，且只能对单一波长进行补偿。
发明内容
技术问题：本发明的目的是设计一种基于混合导光型光子晶体光纤的多波长色散补偿光纤。这种光纤具有同时补偿多个色散窗口的特性。
技术方案：本发明的基于混合导光光子晶体光纤的多波长色散补偿光纤，该多波长色散补偿光纤包层由在纯二氧化硅材料的基底内按正规三角形晶格排列的空气孔和掺杂的高折射率介质棒形成；掺杂的纤芯位于中心，高折射率介质棒位于掺杂的纤芯的外周，位于高折射率介质棒的外周，高折射率介质棒和空气孔均为三角形晶格排列。
基底折射率n1为1.45，空气孔的直径为d2＝3μm，孔间距为Λ＝7.5m，
在纤芯处为折射率n2为1.451的高掺杂介质，其直径为d1＝6μm；高折射率介质棒折射率n3为1.48，直径为d2＝3μm，形成以纤芯为圆点的y轴方向为折射率导光型波导，而x轴方向为带隙导光型波导，从而使得在纤芯的导光模式为混合导光模式。
光纤通过缺失第三圈空气孔形成一个包层缺陷区；负色散窗口分别为950nm和1350nm，负色散值分别为-3300ps/nm/km和-480ps/nm/km。
通过纤芯的混合导模与包层缺陷区的折射率导模之间的耦合来实现较大的负色散。
有益效果：由于该混合导光光纤具有多个带隙，因此这种模式的耦合会在不同的波长发生多次，从而实现了在多个波长上的色散补偿。研究表明，该混合导光光子晶体多波长色散补偿光纤可同时实现在0.95μm和1.35μm的色散补偿。
附图说明
图1是基于混合导光光子晶体光纤的多波长色散补偿光纤。其中有：掺杂的纤芯1、高折射率介质棒2、空气孔3、基底4；d1＝6μm，d2＝3μm，Λ＝7.5μm，n1＝1.45，n2＝1.451，n3＝1.48。
图2是光子晶体带隙及模式有效折射率曲线。虚线表示纤芯混合导模有效折射率；实线表示包层缺陷有效折射率；叉线表示导波模式的基模有效折射率。背景实线为两个带隙。
图3是新型多波长色散补偿光纤的色散曲线。两个色散窗口分别为λ1＝0.95μm，λ2＝1.35μm。
具体实施方式
本发明的基于混合导光型光子晶体多波长色散补偿光纤的横截面结构如图1所示。掺杂的纤芯1：高掺杂介质，折射率为1.451；
高折射率介质棒2：高掺杂介质，折射率为1.48；
基底4：纯石英，折射率为1.45；
光纤结构为在纯二氧化硅材料内按正规三角形晶格排列的高掺杂介质棒和空气孔。介质棒和空气孔间距为Λ＝7.5μm。光纤纤芯为直径为d1＝6μm的高掺杂介质棒，其折射率为n2＝1.451，沿纤芯水平方向的第一、二圈空气孔中填充折射率为n3＝1.48的材料，直径为d2＝3μm。形成以纤芯为圆点的y轴方向为折射率导光型波导，而x轴方向为带隙导光型波导，从而使得在纤芯的导光模式为折射率导光机制和带隙导光机制共同作用下的混合导光模式。因而，当传播波长位于带隙范围之内时，纤芯的导光模式为折射率引导机制和带隙引导机制共同作用下的混合导光模式。而当传播波长在带隙边缘附近时，带隙对于纤芯模式的束缚能力逐渐减弱，此时，位于纤芯的导模会逐渐向包层缺陷区泄露。在此种条件下，纤芯的混合导模会与包层的折射率导模发生模式的耦合，从而实现一个较大的负色散。而由于该混合导光光纤具有多个带隙，因此这种模式的耦合会在不同的波长发生多次，从而实现了在多个波长上的色散补偿。图2为光子晶体光纤的带隙及模式有效折射率曲线。如图2所示，在两个带隙的边缘，两种导模发生耦合。图3为基于混合导光型光子晶体多波长色散补偿光纤的色散曲线。两个色散窗口分别为λ1＝0.95μm，λ2＝1.35μm，其负色散值分别为-3300ps/nm/km和-480ps/nm/km。

Claims (3)

1.一种基于混合导光光子晶体光纤的多波长色散补偿光纤，其特征在于该多波长色散补偿光纤包层由在纯二氧化硅材料的基底(4)内按正规三角形晶格排列的空气孔(3)和掺杂的高折射率介质棒形成；掺杂的纤芯(1)位于中心，高折射率介质棒(2)位于掺杂的纤芯(1)的外周，空气孔(3)位于高折射率介质棒(2)的外周，高折射率介质棒(2)和空气孔(3)均为三角形晶格排列。
2.根据权利要求1所述的基于混合导光光子晶体光纤的多波长色散补偿光纤，其特征在于基底(4)折射率n1为1.45，空气孔(3)的直径为d2＝3μm，孔间距为Λ＝7.5m。
3.根据权利要求1所述的基于混合导光光子晶体光纤的多波长色散补偿光纤，其特征在于在纤芯(1)处为折射率n2为1.451的高掺杂介质，其直径为d1＝6μm；高折射率介质棒(2)折射率n3为1.48，直径为d2＝3μm，形成以纤芯(1)为圆点的y轴方向为折射率导光型波导，而x轴方向为带隙导光型波导，从而使得在纤芯的导光模式为混合导光模式。 
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