CN110927865A - 一种矩形纤芯的光子晶体光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矩形纤芯的光子晶体光纤。该光子晶体光纤包含纤芯、光子晶体结构层及保护层。所述纤芯和光子晶体结构层均为矩形，光子晶体结构层包含低折射率区域和高折射率区域。所述光子晶体结构层至内向外交替分布高折射率区域和低折射率区域。本发明提供了较高的矩形光纤结构的设计自由度，尤其对纤芯的结构调节能力较强，可以实现多种需求的光纤特性，比如高双折射、高非线性等。

Description

一种矩形纤芯的光子晶体光纤
技术领域
本发明属于通信及传感技术领域，具体涉及一种矩形纤芯的光子晶体光纤。
背景技术
光子晶体光纤又称微结构光纤，与传统的光纤相比，横截面上的微结构不但起到了包层的作用，而且还在在设计上提供了更大的灵活性。由于排列方式的多样性，光子晶体光纤为调节纤芯和微结构包层之间的折射率对比度提供了更多的可能性;因此，它们能够具有特殊的光学特性，如光子带隙、高非线性、双折射和色散等。由于可以调节晶格间距、微结构形状和尺寸、玻璃的折射率和晶格结构等几个结构参数，从而调控模式特征，所以光子晶体光纤具有更大的自由度。因此，光子晶体光纤大大丰富了光纤的种类，提升了光纤的特性，是传统圆对称型光纤的重要补充。近些年，光子晶体光纤得到了快速的发展，在科研、通讯、传感等领域扮演着重要的角色。
光子晶体光纤一般是正六边形结构，在包层结构中引入圆形或者椭圆形结构来对光纤特性的调节，对光纤纤芯的调节能力有限。与具有相同晶格间距和孔径尺寸的正六边形结构相比，矩形的光子晶体光纤能够提供更大的有效模式面积，从而能够满足较高功率激光在光纤中传输。矩形光子晶体光纤在纤芯调节方面有着巨大的潜力。目前，矩形光纤已经应用于超连续谱产生、光纤激光器等领域。
发明内容
本发明的目的是满足上述的需求，提出了一种具有高低折射率区域交替分布的矩形光子晶体包层的光纤。该光纤在纤芯设计方面具有很高的自由度，能够实现光纤的非线性、双折射调控，且该光纤易于制备。
本发明的技术解决方案如下：
一种矩形纤芯的光子晶体光纤，所述光子晶体光纤包含纤芯、光子晶体结构层和保护层，所述纤芯结构为矩形，光子晶体结构层至内向外交错设置有矩形的低折射率玻璃区域和矩形的高折射率玻璃区域。
进一步地，所述保护层与所述光子晶体结构层的次外层采用的玻璃材料一致，所述纤芯与所述光子晶体结构层的次内层采用的玻璃材料一致。
进一步地，所述纤芯、光子晶体结构层和保护层为石英玻璃、磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、氟化物玻璃或者硫系玻璃中的一种或几种。
本发明的优点在于：
本发明的矩形纤芯的光子晶体光纤，具有高低折射率区域交替分布的矩形光子晶体结构层的光纤，具有较高的结构调节特性，尤其对纤芯的结构调节能力强；该光纤能够实现对光纤非线性和双折射特性的调节。
附图说明
图1是实施例1的正方形纤芯光纤预制棒示意图；
图2是实施例1的正方形光纤截面示意图；
图3是实施例2的长方形纤芯光纤预制棒示意图；
图4是实施例2的长方形光纤截面示意图；
图中：1-纤芯，2-光子晶体结构层，3-保护层，4-碲酸盐玻璃小圆棒，5-磷酸盐玻璃小圆棒，6-正方形套筒模具，7-铅硅酸盐玻璃小圆棒，8-硼硅酸盐玻璃小圆棒，9-长方形套筒模具。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但不应以此限制发明的保护范围。
实施例1
选择碲酸盐玻璃和磷酸盐玻璃用于制备正方形纤芯的光子晶体光纤。其纤芯1和光子晶体结构层2的矩形的高折射率玻璃区域均为碲酸盐玻璃（d线折射率为2.102），其软化温度420℃，热膨胀系数为120；光子晶体结构层2的矩形的低折射率玻璃区域为磷酸盐玻璃（d线折射率为1.50）430℃，热膨胀系数为107，所述光子晶体结构层2由12层矩形的高折射率玻璃区域和矩形的低折射率玻璃区域交替而成，所述光子晶体结构层的次外层为矩形的低折射率玻璃区域，所述保护层3与光子晶体结构层2的次外层一致，也为磷酸盐玻璃（d线折射率为1.50）430℃，热膨胀系数为107。
将碲酸盐玻璃通过旋转浇筑法制备成直径10mm、长度200mm的圆棒，将该圆棒固定到拉丝塔中，采用合适的拉丝温度拉制成1mm小圆棒；将该小圆棒截断至200mm。
将磷酸盐玻璃通过旋转浇筑法制备成直径10mm、长度200mm的圆棒，将该圆棒固定到拉丝塔中，采用合适的拉丝温度拉制成1mm小圆棒；将该小圆棒截断至200mm。
结合附图1，将上述碲酸盐玻璃小圆棒4和磷酸盐玻璃小圆棒5放入正方形套筒模具6中，将碲酸盐玻璃小圆棒3按照密堆积方式排列17层碲酸盐玻璃小圆棒3，使用磷酸盐玻璃小圆棒4分别替换第3、5、7、9、11、13、15、16、17层的碲酸盐玻璃小圆棒3；排列成如图1所示的预制棒，放入拉丝塔中并固定，采用430℃拉制成光纤，外径200微米，得到正方形纤芯的光子晶体光纤，光纤结构如图2所示，纤芯1为正方形的碲酸盐玻璃，光子晶体结构层2由12层正方形的高折射率玻璃区域（磷酸盐玻璃）和正方形的低折射率玻璃区域（磷酸盐玻璃）交替而成，保护层3为磷酸盐玻璃。对光纤进行测试，在1550nm处，该光纤的损耗约为5dB/m，非线性系数可高达372/(W km)。
实施例2
选择硼硅酸盐玻璃和铅硅酸盐玻璃作为制备长方形纤芯的光子晶体光纤。其纤芯1和光子晶体结构层2的长方形的高折射率玻璃区域为铅硅酸盐玻璃（d线折射率为1.620），热膨胀系数为82；光子晶体结构层2的长方形的低折射率玻璃区域为硼硅酸盐玻璃（d线折射率为1.526），热膨胀系数为82。两者具有良好的热膨胀匹配；所述光子晶体结构层2由12层长方形的高折射率玻璃区域和长方形的低折射率玻璃区域交替而成，所述光子晶体结构层的次外层为长方形的低折射率玻璃区域，所述保护层3与光子晶体结构层2的次外层一致，也为磷酸盐玻璃（d线折射率为1.50）430℃，热膨胀系数为107。
将硼硅酸盐玻璃和铅硅酸盐玻璃均加工成直径10mm、长度200mm的圆棒，表面二级抛光，将该圆棒固定到拉丝塔中，采用合适的拉丝温度拉制成1mm小圆棒；将该小圆棒截断至200mm。
结合附图3，将上述铅硅酸盐玻璃小圆棒7和硼硅酸盐玻璃小圆棒8放入长方形套筒模具9中，将铅硅酸盐玻璃小圆棒7按照密堆积方式排列17层铅硅酸盐玻璃小圆棒7，使用硼硅酸盐玻璃小圆棒8分别替换第2、4、6、8、10、12、14、15、16、17层的铅硅酸盐玻璃小圆棒7；排列成如图3所示的预制棒，放入拉丝塔中并固定，采用430℃拉制成光纤，外径200微米，得到长方形纤芯的光子晶体光纤，光纤结构如图2所示，纤芯1为长方形的铅硅酸盐玻璃，光子晶体结构层2由12层长方形的高折射率玻璃区域（铅硅酸盐玻璃）和长方形的低折射率玻璃区域（硼硅酸盐玻璃）交替而成，保护层3为硼硅酸盐玻璃。对光纤进行测试，在800nm处，该光纤的损耗约为3dB/m，双折射可达2x10-3。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种矩形纤芯的光子晶体光纤，其特征在于：所述光子晶体光纤包含纤芯、光子晶体结构层和保护层，所述纤芯结构为矩形，光子晶体结构层至内向外交错设置有矩形的低折射率玻璃区域和矩形的高折射率玻璃区域。
2.根据权利要求1所述的矩形纤芯的光子晶体光纤，其特征在于：所述纤芯、光子晶体结构层和保护层为石英玻璃、磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、氟化物玻璃或者硫系玻璃中的一种或几种。
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