CN103257396B - 一种色散平坦光子晶体光纤及其色散调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种色散平坦光子晶体光纤，包括纤芯、内包层和外包层，内包层为多层结构，且每层均呈正2N边形结构，该正2N边形结构上均匀设置有多个孔结构，纤芯是由内包层的最内层所环绕的区域所形成，外包层包围内包层设置，且为多层结构，且每层均呈正2N边形结构，该正2N边形结构上均匀设置有多个孔结构，内包层和外包层的多层正2N边形均以光纤的中心点为中心，每一层上孔结构的间距均相等，外包层中每一层正2N边形结构的对应边均彼此平行，内包层中至少有一层正2N边形结构的对应边与外包层的对应边不平行，所有孔结构的直径大小相等。本发明通过维持包层孔结构大小相同的方式，降低拉制高质量色散平坦光子晶体光纤的难度。
Description
技术领域
本发明属于光纤技术领域，更具体地，涉及一种色散平坦光子晶体光纤及其色散调控方法。
背景技术
光子晶体光纤也可以称为多孔光纤，其中心是由缺失一个或多个孔结构的纤芯构成，纤芯外部环绕着多层孔结构包层。光子晶体光纤具有较大的设计自由度，通过合理设计光子晶体光纤的横向结构，改变微结构光纤包层中孔直径和孔间距大小，即可获得适当的色散特性。其中具有正色散平坦、零色散平坦及负的色散平坦光子晶体光纤在实现色散补偿、低色散传输、光纤传感器件等领域具有重要应用。现有的文献和专利中，人们在设计具有不同色散特性的光子晶体光纤时，通常都牵涉到改变某些孔的直径大小，由此带来的问题是，不同的孔直径为拉制高质量色散平坦光子晶体光纤增加了难度，从而限制了色散平坦光子晶体光纤的应用性。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种色散平坦光子晶体光纤，其通过维持包层孔结构大小相同的方式，降低拉制高质量色散平坦光子晶体光纤的难度，放宽公差要求，提高生产成本率，降低成本，可广泛地应用于色散补偿、低色散传输及光纤传感器件领域。
为实现上述目的，本发明提供了一种色散平坦光子晶体光纤，包括纤芯、内包层和外包层，内包层为多层结构，且每层均呈正2N边形结构，该正2N边形结构上均匀设置有多个孔结构，其中N为大于1的正整数，纤芯是由内包层的最内层所环绕的区域所形成，外包层包围内包层设置，且为多层结构，且每层均呈正2N边形结构，该正2N边形结构上均匀设置有多个孔结构，内包层和外包层的多层正2N边形均以光纤的中心点为中心，每一层上孔结构的间距均相等，外包层中每一层正2N边形结构的对应边均彼此平行，内包层中至少有一层正2N边形结构的对应边与外包层的对应边不平行，所有孔结构的直径大小相等。
光纤的背景材料采用二氧化硅或硅。
内包层和外包层的孔结构可以填充空气，或者比背景材料的折射率低的材料。
内包层的层数为小于等于4层，外包层的层数为大于等于8层。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：
1、降低拉制高质量色散平坦光子晶体光纤的难度：由于色散平坦光子晶体光纤的所有孔结构采用了相同的直径，在光纤的生产过程中放宽了公差要求，提高了生产成本率，降低了成本。
2、应用性强：由于孔结构采用了相同的直径，加工方便简单，可实现正色散平坦、零色散平坦及负的色散平坦光子晶体光纤的广泛应用，尤其是在低色散传输、色散补偿、光纤传感器件等领域。
本发明的另一目的在于提供一种色散平坦光子晶体光纤的色散调控方法，其具有使光纤实现宽波段范围内色散平坦的特点。
为实现上述目的，本发明提供了一种色散平坦光子晶体光纤的色散调控方法，包括以下步骤：
（1）使内包层中的最内层作为当前层，按照顺时针方向将当前层围绕纤芯依次旋转1度、2度、…、360/N度，以得到光纤对应于不同旋转角度的色散曲线；
（2）在得到的不同色散曲线中查找同时覆盖1.2至1.6微米波长范围内的最平坦的色散曲线对应的旋转角度，作为最内层的最优旋转角度；
（3）对于内包层中的剩余层，分别将每一层作为当前层，并重复执行上述步骤（1）和（2），以得到不同层对应的最优旋转角度；
（4）将步骤（1）到（3）中获得的最优旋转角度对应的色散曲线进行比较，以获得其中最平坦的一条色散曲线对应的最优旋转角度，并将该角度对应的层顺时针方向旋转该角度；
（5）对内包层中所有的剩余层，分别将每一层作为当前层，并重复执行步骤（1）到（4），直到处理完所有剩余层为止。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：
通过将内包层中的一层或者几层孔结构设置在围绕着纤芯整体旋转特定角度的位置上，可调控光纤的色散特性，获得正色散平坦、零色散平坦及负的色散平坦光子晶体光纤。
附图说明
图1是本发明色散平坦光子晶体光纤的横截面结构示意图。
图2示出内包层旋转角度对应的色散曲线；
图中：
1-纤芯；2-内包层；3-外包层；4-内包层中第二层初始设置位置；5内包层中第二层最终设置位置
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的色散平坦光子晶体光纤包括纤芯1、内包层2和外包层3。
内包层2为多层结构，且每层均呈正2N边形结构，该正2N边形结构上均匀设置有多个孔结构，其中N为大于1的正整数。在本实施方式中，内包层2的层数为小于等于4层。
纤芯1是由内包层2的最内层所环绕的区域所形成。
外包层3包围内包层2设置，且为多层结构，且每层均呈正2N边形结构，该正2N边形结构上均匀设置有多个孔结构。在本实施方式中，外包层3的层数为大于等于8层。
内包层2和外包层3的多层正2N边形均以光纤的中心点为中心，每一层上孔结构的间距均相等，外包层3中每一层正2N边形结构的对应边均彼此平行，内包层2中至少有一层正2N边形结构的对应边与外包层3的对应边不平行。
本发明光纤的背景材料采用二氧化硅或硅，内包层2和外包层3上所有孔结构的直径大小相等，且孔结构可以填充空气，或者比背景材料的折射率低的材料。
由于色散平坦光子晶体光纤的所有孔结构采用了相同的直径，在光纤的生产过程中放宽了公差要求，提高了生产成本率，降低了成本。此外，相同直径的孔结构能使加工更加方便简单，可实现正色散平坦、零色散平坦及负的色散平坦光子晶体光纤的广泛应用，尤其是在低色散传输、色散补偿、光纤传感器件等领域。
在图1中，本发明的色散平坦光子晶体光纤采用本技术公认的一种周期性排列，每相邻的三个孔结构构成一个正三角形，每层均呈正六边形结构，背景材料为二氧化硅。纤芯具有和背景材料相同的物质，内包层和外包层中的孔结构填充空气，且内包层具有两层孔结构。孔直径d=0.63微米，孔间距Λ=2.3微米。
本发明色散平坦光子晶体光纤的色散调控方法包括以下步骤：
（1）使内包层中的最内层作为当前层，按照顺时针方向将当前层围绕纤芯依次旋转1度、2度、…、360/N度，以得到光纤对应于不同旋转角度的色散曲线；
（2）在得到的不同色散曲线中查找同时覆盖1.2至1.6微米波长范围内的最平坦的色散曲线对应的旋转角度，作为最内层的最优旋转角度；
（3）对于内包层中的剩余层，分别将每一层作为当前层，并重复执行上述步骤（1）和（2），以得到不同层对应的最优旋转角度；
（4）将步骤（1）到（3）中获得的最优旋转角度对应的色散曲线进行比较，以获得其中最平坦的一条色散曲线对应的最优旋转角度，并将该角度对应的层顺时针方向旋转该角度；
（5）对内包层中所有的剩余层，分别将每一层作为当前层，并重复执行步骤（1）到（4），直到处理完所有剩余层为止。
实例
首先，按照顺时针方向使内包层中的最内层围绕纤芯依次旋转1度、2度、…、30度，以得到光纤对应于不同旋转角度的色散曲线；
然后，在得到的不同色散曲线中查找1.2微米～1.6微米波段范围内的最平坦的近零色散曲线对应的旋转角度作为最内层的最优旋转角度，该角度为8度时，色散曲线最优；
其后，按照顺时针方向使内包层中的第二层围绕纤芯依次旋转1度、2度、…30度，比较不同旋转角度的色散曲线，发现在当旋转角度为19度时，色散曲线最优；
随后，将以上获得的最优旋转角度对应的色散曲线进行比较，如图2所示，当内包层的第二层旋转19度时，色散曲线近零且最平坦的，因此将内包层的第二层顺时针方向旋转19度，第二层的孔结构从初始位置4移到了位置5；
最后，重复执行前两步骤，发现当内包层中第一圈不做旋转时，色散曲线最平坦，因此内包层最内层旋转0度。
本发明的调控方法通过将内包层中的一层或者几层孔结构设置在围绕着纤芯整体旋转特定角度的位置上，可调控光纤的色散特性，获得正色散平坦、零色散平坦及负的色散平坦光子晶体光纤。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种色散平坦光子晶体光纤的色散调控方法，所述色散平坦光子晶体光纤包括纤芯、内包层为多层结构，且每层均呈正2N边形结构，该正2N边形结构上均匀设置有多个孔结构，其中N为大于1的正整数，纤芯是由内包层的最内层所环绕的区域所形成，外包层包围内包层设置，且为多层结构，且每层均呈正2N边形结构，该正2N边形结构上均匀设置有多个孔结构，内包层和外包层的多层正2N边形均以光纤的中心点为中心，每一层上孔结构的间距均相等，外包层中每一层正2N边形结构的对应边均彼此平行，内包层中至少有一层正2N边形结构的对应边与外包层的对应边不平行，所有孔结构的直径大小相等，其特征在于，包括以下步骤：
(1)使内包层中的最内层作为当前层，按照顺时针方向将当前层围绕纤芯依次旋转1度、2度、…、360/N度，以得到光纤对应于不同旋转角度的色散曲线；
(2)在得到的不同色散曲线中查找同时覆盖1.2至1.6微米波长范围内的最平坦的色散曲线对应的旋转角度，作为最内层的最优旋转角度；
(3)对于内包层中的剩余层，分别将每一层作为当前层，并重复执行上述步骤(1)和(2)，以得到不同层对应的最优旋转角度；
(4)将步骤(1)到(3)中获得的最优旋转角度对应的色散曲线进行比较，以获得其中最平坦的一条色散曲线对应的最优旋转角度，并将该角度对应的层顺时针方向旋转该角度；
(5)对内包层中所有的剩余层，分别将每一层作为当前层，并重复执行步骤(1)到(4)，直到处理完所有剩余层为止。
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