CN103197371A - 双折射光子晶体光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双折射光子晶体光纤，所述光纤的横截面包括纤芯和包层，所述包层中空气孔沿纵向中心轴由上而下分隔成上层、中间层和下层，形成三明治结构排列，所述上层、下层的每相邻的三个大空气孔构成正三角形，所述中间层的小空气孔在光纤背景材料中呈均匀的矩阵排列；所述纵向中心轴与所述横向中心轴相交的小空气孔位置为实心材料替代构成纤芯，布置在纵向中心轴上紧挨着纤芯的两个小空气孔以及布置在横向中心轴上紧挨着纤芯的两个小空气孔分别各自由相同大小的椭圆形空气孔替代。本发明通过改进已有的三明治结构，将纤芯周围的四个空气孔设计为椭圆形空气孔，在相同参数条件下，能够明显提高光纤的双折射参数。

Description

双折射光子晶体光纤
（一）技术领域
本发明涉及一种具有强双折射效应的双折射光子晶体光纤。
（二）背景技术
光纤的双折射效应强弱可用两个正交方向上的折射率差表示，δn=|nX-nY|，其中nX和nY分别是两个正交方向上的模式有效折射率。通过将纤芯设置成椭圆结构，可形成B～10-6的弱双折射效应，通过在纤芯的对称两侧插入硼硅玻璃材料引起应力双折射可形成B～10-4的双折射光纤。双折射光纤可用作保偏光纤或制成偏振器件，在信息传输或光学技术中具有广阔的应用前景。
光子晶体光纤又称为多孔光纤或微结构光纤。在光纤端面上，规则排列的许多空气孔在背景材料中沿轴向伸长，在光纤的中心位置缺失一个空气小孔，代之以实心的背景材料，或者插入折射率高于背景材料的其它材料形成导光的纤芯，而外围空气孔在背景材料中的均匀排列形成包层，光模场基本限定在中心位置高折射率区域，这类光纤是通过全内反射原理导光的。光纤端面结构具有灵活可控的排布特性，通过空气孔在两个正交方向上的不对称排布，使光场模式在两个正交方向具有不同的折射率，从而形成强的双折射效应。
传统型三明治结构为中间层空气孔均匀大小的，其双折射效应相对比较低。
（三）发明内容
为了克服现有光纤中实现强双折射效应较难以及在光子晶体光纤中实现双折射效应不够强的缺点，本发明提供一种结构简便、容易制作的可实现强双折射效应的双折射光子晶体光纤。
本发明采用的技术方案是：
一种双折射光子晶体光纤，沿所述的光纤轴向有规律地排列着许多空气孔道，所述的空气孔道沿光纤轴线平行排列，所述光纤的横截面上空气孔在光纤背景材料上分别沿纵向中心轴、横向中心轴对称布置，所述的横截面包括纤芯和包层，所述的包层为包围所述纤芯的分布着空气孔的外围区域，其特征在于：所述包层中空气孔沿竖向中心轴由上而下分隔成上层、中间层和下层形成的三明治结构排列，所述上层、下层的大空气孔大小相同，所述大空气孔均匀分布在光纤背景材料中且呈周期性排列，相邻排的大空气孔相互错位，间隔排的大空气孔相互对准，每相邻的三个大空气孔构成正三角形；所述中间层的小空气孔大小相同，所述的小空气孔的直径小于大空气的直径，所述的小空气孔在光纤背景材料中呈均匀的矩阵排列，所述矩阵的总排数和总列数都成单数，中间列的小空气孔圆心都布置在所述的纵向中心轴上，中间行的小空气孔圆心都布置在所述的横向中心轴上；所述纵向中心轴与所述横向中心轴相交的小空气孔位置被实心材料所替代构成所述纤芯，布置在纵向中心轴上紧挨着纤芯的两个小空气孔以及布置在横向中心轴上紧挨着纤芯的两个小空气孔分别各自由相同大小的椭圆形空气孔替代，所述椭圆形空气孔的长直径与横向中心轴平行或重叠。
进一步，所述光纤端面的背景材料为硅玻璃材料。
更进一步，所述光纤端面的背景材料为聚合物材料。
本发明的有益效果体现在：通过改进已有的三明治结构，将纤芯周围的四个空气孔设计为椭圆形空气孔，在相同参数条件下，能够明显提高光纤的双折射参数。
（四）附图说明
图1是本发明实施例一的横截面示意图；图1中，1-上下两层中的大空气孔，2-横截面上的背景材料，3-中间层的小空气孔，4-纤芯周围的椭圆形空气孔，5-三明治结构中的上层，6-三明治结构中的中间层，7-三明治结构中的下层，8－横向中心轴，9－纵向中心轴。
图2是图1示例中光纤在两个正交方向上的有效折射率之差随波长的变化情况，所谓传统型三明治结构为中间层小空气孔均匀大小，而我们所做的改进体现在对纤芯周围的四个空气孔设计为椭圆形。图2对比了改进前后的双折射参数，改进型结构将光纤的双折射参数提高了将近一个数量级。
（五）具体实施方式
实施例一：
参照图1和图2，双折射光子晶体光纤，沿所述的光纤轴向有规律地排列着许多空气孔道，所述的空气孔道沿光纤轴线平行排列，所述光纤的横截面上的空气孔在光纤背景材料上分别沿纵向中心轴9、横向中心轴8对称布置，横截面结构示意图如图1所示，整个端面上的背景材料2为石英，折射率为1.45。
所述的横截面包括纤芯和包层，所述的包层为包围所述纤芯的分布着空气孔的外围区域，所述包层中空气孔沿纵向中心轴由上而下分隔成上层5、中间层6和下层7形成的三明治结构排列，所述上层5、下层6的大空气孔1大小相同，所述大空气孔1均匀分布在光纤背景材料2中且呈周期性排列，相邻排的大空气孔相互错位，间隔排的大空气孔相互对准，每相邻的三个大空气孔构成正三角形；所述中间层6的小空气孔3大小相同，所述的小空气孔3的直径小于大空气的直径，所述的小空气孔3在光纤背景材料2中呈均匀的矩阵排列，所述矩阵的总排数和总列数都成单数，中间列的小空气孔圆心都布置在所述的纵向中心轴上，中间行的小空气孔圆心都布置在所述的横向中心轴上；所述纵向中心轴与所述横向中心轴相交的小空气孔位置被实心材料所替代构成所述纤芯，布置在纵向中心轴上紧挨着纤芯的两个小空气孔以及布置在横向中心轴上紧挨着纤芯的两个小空气孔分别各自由相同大小的椭圆形空气孔4替代，所述横向中心轴上的椭圆形空气孔的长直径与横向中心轴重叠，所述纵向中心轴上的椭圆形空气孔的长直径与横向中心轴平行。
上、下两层5、7中每个空气孔1的直径为d1=0.85μm，上、下两层中大空气孔1按照本技术领域公认的正三角形规则在背景材料2中均匀排列，相邻空气孔的间距为Λ=1μm，中间层6的小空气孔3的直径为d2=0.7μm，中间层6的小空气孔横向间距等同于Λ=1μm，纵向间距为d3=0.866μm，纤芯周围四个椭圆形空气孔4的长轴半径为a=0.7μm，短轴半径为b=0.5μm。
图2显示本实施例即将纤芯周围四个空气孔4设计为椭圆形之后，光纤的双折射参数提高了将近一个数量级，模式沿两个主轴方向上的有效折射率之差在1.55μm达到8.5×10-3。
实施例二：
一种双折射光子晶体光纤，在光纤横截面上的背景材料为聚合物材料,其它结构及参数同实施例一，。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.一种双折射光子晶体光纤，沿所述的光纤轴向有规律地排列着许多空气孔道，所述的空气孔道沿光纤轴线平行排列，所述光纤的横截面上空气孔在光纤背景材料上分别沿纵向中心轴、横向中心轴对称布置，所述的横截面包括纤芯和包层，所述的包层为包围所述纤芯的分布着空气孔的外围区域，其特征在于：所述包层中空气孔沿纵向中心轴由上而下分隔成上层、中间层和下层形成的三明治结构排列，所述上层、下层的大空气孔大小相同，所述大空气孔均匀分布在光纤背景材料中且呈周期性排列，相邻排的大空气孔相互错位，间隔排的大空气孔相互对准，每相邻的三个大空气孔构成正三角形；所述中间层的小空气孔大小相同，所述的小空气孔的直径小于大空气的直径，所述的小空气孔在光纤背景材料中呈均匀的矩阵排列，所述矩阵的总排数和总列数都成单数，中间列的小空气孔圆心都布置在所述的纵向中心轴上，中间行的小空气孔圆心都布置在所述的横向中心轴上；所述纵向中心轴与所述横向中心轴相交的小空气孔位置被实心材料所替代构成所述纤芯，布置在纵向中心轴上紧挨着纤芯的两个小空气孔以及布置在横向中心轴上紧挨着纤芯的两个小空气孔分别各自由相同大小的椭圆形空气孔替代，所述椭圆形空气孔的长直径与横向中心轴平行或重叠。
2.如权利要求1所述的双折射光子晶体光纤，其特征在于：所述背景材料为硅玻璃材料。
3.如权利要求1所述的双折射光子晶体光纤，其特征在于：所述背景材料为聚合物材料。
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