CN1294431C - 光子晶体光纤 - Google Patents
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Abstract
一种光子晶体光纤，包括纤芯和包层，所述包层设置在纤芯外围区域，其折射率低于纤芯部分，背景材料中心设有中心孔，构成纤芯和包层的空气孔围绕所述中心孔在背景材料中周期性均匀排布，纤芯区域的空气孔占空比小于包层区域的占空比。其中构成纤芯和包层的空气孔直径相同，构成纤芯的每二个相邻空气孔间距大于构成包层的每二个相邻空气孔间距；或者构成纤芯的每二个相邻空气孔间距与构成包层的每二个相邻空气孔间距相等，构成纤芯的空气孔直径小于构成包层的空气孔直径。本发明光纤纤芯是由多个空气孔在背景材料中的均布排列构成，面积较大，而模场面积基本上等于纤芯的面积，能实现大模场传输，减少非线性效应。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种光子晶体光纤，特别是一种模场面积很大、模场面积对波长不敏感的光子晶体光纤。
(二)背景技术
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小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，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。纤芯折射率大于包层，这类光子晶体光纤是通过全内反射的原理进行导光的，光模场基本限定在中心缺陷位置，通过改变包层中空气孔大小及孔间距大小，可以适当增大模场面积，但增大的幅度很有限。如果在中心位置缺失多个空气小孔，虽然可以增大模场面积，但往往是多模传输。因此有必要设计大模场并能单模传输的光子晶体光纤。
(三)发明内容
本发明的目的是解决现有光纤模场面积不够大、模场面积增大幅度有限的缺点，提供一种模场面积足够大、模场面积对波长不敏感的光子晶体光纤。
为此，本发明采取以下技术方案：
一种光子晶体光纤，包括纤芯和包层，所述包层设置在纤芯外围区域，其折射率低于纤芯部分，背景材料中心设有中心孔，构成纤芯和包层的空气孔围绕所述中心孔在背景材料中周期性均匀排布，纤芯区域的空气孔占空比小于包层区域的占空比。
进一步，构成纤芯和包层的空气孔直径相同，构成纤芯的每二个相邻空气孔间距大于构成包层的每二个相邻空气孔间距。
构成纤芯的每二个相邻空气孔间距与构成包层的每二个相邻空气孔间距相等，构成纤芯的空气孔直径小于构成包层的空气孔直径。
相邻空气孔相连排列形状为下述方式之一：①正三角形，②方形，③其他规则多边形，④层状结构。
构成纤芯区域的空气孔圈数为1-30圈。
光纤背景材料为硅玻璃材料。
光纤背景材料为聚合物材料。
本发明的优点是：光纤纤芯是由多个空气孔在背景材料中的均布排列构成，面积较大，而模场面积基本上等于纤芯的面积，能实现大模场传输，减少非线性效应。本发明提供的光纤在制作有源器件时能大大减弱光功率密度，消除增益饱和效应，而模场面积对波长的不灵敏特性有可能应用到场区域精密限定的探测与接受系统当中。
(四)附图说明
图1是本发明一个实施例的横截面示意图；
图2是图1示例的模场分布图；
图3是图1示例的模场面积随波长变化图；
图4是本发明一个实施例的横截面示意图；
图5是是图4示例的模场分布图。
(五)具体实施方式
实施例一：
参照附图1-3，一种光子晶体光纤，包括纤芯和包层，选择石英为背景材料2，所述背景材料中心设有中心孔，构成纤芯和包层的空气孔1围绕所述中心孔在背景材料中周期性均匀排布，其中整个光纤端面上空气孔间距相等，纤芯由多个较小的空气孔在背景材料中均布排列，形成导光区域，该区域直接限定单模光场的面积。外围区域由较大的空气孔在背景材料中的均布排列构成，因空气孔占空比大于纤芯区域，折射率略小于纤芯区域，形成包层。在光纤整个端面上，采用本技术领域公认的一种周期性排列，即如图1所示，每相邻的三个空气孔相连构成一个正三角形。当空气孔间距Λ＝2.3微米(整个光纤端面)，19个直径为d2＝0.3的小空气孔规则排列在背景材料中形成纤芯，包层中空气孔直径为d1＝0.69微米时，模场的分布如图2所示，模场散布在整个纤芯区域之中，模场的大小基本上由纤芯区域的面积决定。如图3所示，在1.3～1.7微米的波长范围内，模场的有效面积变化范围为60.4～61.4平方微米，在300纳米的带宽内，模场面积随波长的变化量不到2％。随着纤芯区域面积的增大，模场面积几乎完全等于纤芯区域面积，随之，模场面积基本不随波长变化，即对波长不敏感。
实施例二：
参照附图4、5，一种光子晶体光纤，包括纤芯和包层，背景材料2中心设有中心孔，构成纤芯和包层的空气孔1围绕所述中心孔在背景材料中周期性均匀排布，整个光纤端面上空气孔大小均等，直径为d＝0.46，在纤芯区域空气孔间距较大，Λ1＝3.45，包层区域的空气孔间距较小，Λ2＝2.3，因此纤芯区域的空气孔占空比小于包层，折射率略大于包层，形成导光区域。由图5可知模场基本限定在纤芯区域，当纤芯区域面积很大时，模场面积的大小由芯区面积确定，基本上不随波长变化。
实施例三：
整个光纤端面上的空气孔间距相等，纤芯区域的空气孔直径略小于包层中的空气孔直径，纤芯区域的空气孔占空比略小于包层，形成导光区域。每相邻四个空气孔构成方形排列，同样形成模场限定在纤芯面积范围内的大模场光子晶体光纤。其它条件同实施例一。
实施例四：
整个光纤端面上的空气孔间距相等，纤芯区域的空气孔直径略小于包层中的空气孔直径，纤芯区域的空气孔占空比略小于包层，形成导光区域。背景材料是聚合物，同样可形成模场限定在纤芯面积范围内的大模场聚合物光子晶体光纤。其它条件同实施例一。
实施例五：
整个光纤端面上的空气孔间距相等，纤芯区域的空气孔直径略小于包层中的空气孔直径，纤芯区域的空气孔占空比略小于包层，形成导光区域。纤芯区域的空气孔圈数为30圈，可形成超大模场面积的光子晶体光纤。其它条件同实施例一。
Claims (7)
1.一种光子晶体光纤，包括纤芯和包层，所述包层设置在纤芯外围区域，其折射率低于纤芯部分，其特征在于背景材料中心设有中心孔，构成纤芯和包层的空气孔围绕所述中心孔在背景材料中周期性均匀排布，纤芯区域的空气孔占空比小于包层区域的占空比。
2.如权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于构成纤芯和包层的空气孔直径相同，构成纤芯的每二个相邻空气孔间距大于构成包层的每二个相邻空气孔间距。
3.如权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于构成纤芯的每二个相邻空气孔间距与构成包层的每二个相邻空气孔间距相等，构成纤芯的空气孔直径小于构成包层的空气孔直径。
4.如权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于相邻空气孔相连排列形状为下述方式之一：①正三角形，②方形，③其他规则多边形，④层状结构。
5.根据权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于所述的构成纤芯区域的空气孔圈数为1-30圈。
6.根据权利要求1-5之一所述的光子晶体光纤，其特征在于光纤背景材料为硅玻璃材料。
7.根据权利要求1-5之一所述的光子晶体光纤，其特征在于光纤背景材料为聚合物材料。
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