CN105259609A - 一种超高负色散系数的光子晶体光纤结构 - Google Patents

一种超高负色散系数的光子晶体光纤结构 Download PDF

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Abstract

一种超高负色散系数的光子晶体光纤结构，以光纤柱对称性为空气孔排列的设计原则，中心为空气孔缺陷，外圈以中心为轴心，空气孔以旋转对称性排列。外圈第一层以旋转60度为对称；外圈第二层以旋转30度为对称；外圈第三层以旋转18度为对称；外圈第四层以旋转12度为对称；外圈第五层以旋转10度为对称；外圈第六层以旋转9度为对称。每层空气孔直径相等，且每层间距也相等。通过COMSOL？Multiphysics模拟仿真计算，当空气孔层间距为1.50μm，空气孔直径为1.14μm，传输波长为1.55μm时，得到最大负色散系数为-65207ps/(nm·km)，能有效地补偿G.652光纤产生的色散。

Description

一种超高负色散系数的光子晶体光纤结构
技术领域
本发明属于一种微结构光纤，纤芯中有空气孔规则排列。
背景技术
自从高琨博士在1964年预言一根光纤能传输20万门电话以来，光纤技术的发展与应用经历了五个重要的阶段，光纤通信现已成为通信的主流，但是随着人们生活水平的不断提高，信息通信量的日益增加，迫使波分复用技术向着密集型波分复用方向发展，然而衰减和色散严重地影响了密集型波分复用。三个低损耗窗口的发现，特别是掺铒光纤放大器技术的应用，大大地降低了光纤中的衰减损耗，于是色散成为了最突出的问题。产生色散的原因在于不同频率的波在同一介质中的传播速度不同而引起的脉冲展宽。对于DWDM系统，采用1550nm窗口的G.652光纤，存在着一定量的色散，为了避免通信中信息串码，需要对光信号脉冲展宽进行色散补偿。
发明内容
本发明解决了光纤色散补偿的问题。只要接上一段所设计微结构的光子晶体光纤，由于其具有超高负色散系数，能补偿G.652光纤产生的色散。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
技术构思：(a)实心的光纤以纤芯折射率大于包层折射率，折射率为1.48:1.46，光子晶体光纤以二氧化硅为纤芯中心，纤芯中心周围有空气孔，其折躯率比为1.48:1，远大于实心的光纤折射率之比；(b)纤芯中的空气孔以中心为对称轴，按规则排列；(c)设计空气孔某一层折射率较大，分离传输的能量。
结构发明：具有超大负色散系数的光子晶体光纤结构。
本专利有益效果是，连接在G.652通信光纤上能有效地补偿G.652光纤的色散，确保密集型波分复分。经济价值可观。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1设计的微结构光纤截面图
图2微结构光纤截面图说明用图
图3层间距d0＝1.500μm,空气孔直径d＝1.13μm，稳态有效折射率与波长(1.500μm～1.600μm)的关系曲线
图4图3的局部放大曲线，波长(1.545μm～1.566μm)。
图5图4曲线的三次项拟合曲线。
在图中，1.二氧化硅SiO2，2.空气孔，3.缺陷中心点，4.第一层空气孔，5.第二层空气孔，6.第三层空气孔，7.第四层空气孔尾，8.第五层空气孔，9.第六层空气孔，10.光纤边缘
具体实施方式
在图1和图2中，设计的微结构光纤中心没有空气孔(2)，空气孔(2)呈圆周分布，其中第一层空气孔(4)分别用11,12,13,…，表示；第二层空气孔(5)分别用21,22,23,…，表示；第三层空气孔(6)分别用31,32,33,…，表示；第四层空气孔(7)分别用41,42,43,…，表示；第五层空气孔(8)分别用51,52,53,…，表示；第六层空气孔(9)分别用61,62,63,…，表示。
成功的例子是，第一层空气孔(4)的11和12两个空气孔中心与光纤中心(3)所张的角为60°，故第一层空气孔(4)有6个空气孔，空气孔呈旋转60°对称；第二层空气孔(5)的21和22两个空气孔中心与光纤中心(3)所张的角为30°，故第二层空气孔(5)有12个空气孔，空气孔呈旋转30°对称；第三层空气孔(6)的31和32两个空气孔中心与光纤中心(3)所张的角为18°，故第三层空气孔(6)有20个空气孔，空气孔呈旋转18°对称；第四层空气孔(7)的41和42两个空气孔中心与光纤中心(3)所张的角为12°，故第四层空气孔(7)有30个空气孔，空气孔呈旋转12°对称；第五层空气孔(8)的51和52两个空气孔中心与光纤中心(3)所张的角为10°，故第五层空气孔(8)有36个空气孔，空气孔呈旋转10°对称；第六层空气孔(9)的61和62两个空气孔中心与光纤中心(3)所张的角为9°，故第六层空气孔(9)有40个空气孔，空气孔呈旋转9°对称；而且第一层空气孔(4)中的所有空气孔的中心距离光纤中心距离为d0，第二层空气孔(5)中的所有空气孔的中心距离光纤中心距离为2d0，第三层空气孔(6)中的所有空气孔的中心距离光纤中心距离为3d0，第四层空气孔(7)中的所有空气孔的中心距离光纤中心距离为4d0，第五层空气孔(8)中的所有空气孔的中心距离光纤中心距离为5d0，第六层空气孔(9)中的所有空气孔的中心距离光纤中心距离为6d0。
设计的微结构光纤，采用COMSOLMultiphysics进行模拟计算，取空气孔的层间距d0＝1.500μm，空气孔直径d以1.12μm～1.16μm步长为0.02μm，传输波长1.500μm～1.600μm以步长为0.001μm，计算得到稳态所相应波长的有效折射率neff。其中空气孔直径为1.12μm的情形对应于波长1.500μm～1.600μm以步长为0.001μm的101个数据分别为1.366893,1.366810,1.366728,1.366645,1.366563,1.366480,1.366398,1.366315,1.366233,1.366150,1.366067,1.365985,1.365902,1.365819,1.365737,1.365654,1.365571,1.365489,1.365406,1.365323,1.365240,1.365158,1.365075,1.364992,1.364909,1.364826,1.364744,1.364661,1.364578,1.364495,1.364412,1.364329,1.364246,1.364163,1.364081,1.363998,1.363915,1.363832,1.363749,1.363666,1.363583,1.363500,1.363417,1.363334,1.363251,1.363168,1.363085,1.363002,1.362919,1.362836,1.362753,1.362672,1.362610,1.362574,1.362539,1.362505,1.362470,1.362435,1.362401,1.362366,1.362331,1.362297,1.362262,1.362227,1.362193,1.362158,1.362124,1.362089,1.362054,1.362020,1.361985,1.361950,1.361916,1.361881,1.361847,1.361812,1.361777,1.361743,1.361708,1.361674,1.361639,1.361605,1.361570,1.361535,1.361501,1.361466,1.361432,1.361397,1.361363,1.361328,1.361293,1.361259,1.361224,1.361190,1.361155,1.361121,1.361086,1.361052,1.361017,1.360983,1.360948。如图3所示。取波长范围1.545μm～1.566μm范围进行放大得到如图4所示的曲线，三次项拟合曲线方程为neff＝-134.87λ3+631.04λ2-984.2λ+513.05，代入色散系数方程后得
D = - λ c d 2 dλ 2 n e f f = - λ c ( - 134.87 × 6 λ + 631.04 × 2 )
对于λ＝1.550μm，色散系数D＝-65207.4ps/(nm·km)
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案，做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种超高负色散系数的光子晶体光纤结构。其特征是：以光纤柱对称性为空气孔排列的设计原则，中心为空气孔缺陷，外圈以中心为轴心，空气孔以旋转对称性排列。
2.根据权利要求1所述的以光纤柱对称性为空气孔排列的设计原则。每层空气孔直径相等，且每层间距也相等。
3.根据权利要求1所述的外圈以中心为轴心，空气孔以旋转对称性排列。外圈第一层以旋转60度为对称；外圈第二层以旋转30度为对称；外圈第三层以旋转18度为对称；外圈第四层以旋转12度为对称；外圈第五层以旋转10度为对称；外圈第六层以旋转9度为对称。
4.根据权利要求1所述的光子晶体光纤结构。通过COMSOLMultiphysics模拟仿真计算，当空气孔层间距为1.50μm，空气孔直径为1.14μm，传输波长为1.55μm时，得到最大负色散系数为-65207ps/(nm·km)，能有效地补偿G.652光纤产生的色散。
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