CN1322344C - 双折射光子晶体光纤 - Google Patents

Abstract

一种双折射光子晶体光纤，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，所述纤芯由内核和外核组成，所述内核由实心的背景材料构成，构成外核的空气孔围绕内核呈菱形排布，构成包层的空气孔围绕纤芯均匀排布；在整个光纤端面上，每三个相邻空气孔呈正三角形结构排列。构成外核的空气孔是一圈八个呈菱形排布的空气孔或者是多圈呈菱形排布的空气孔。光纤背景材料为硅玻璃材料或者聚合物材料。本发明整个光纤端面上空气孔均呈正三角形状排布，仅仅是纤芯外核区域的空气孔呈菱形排布，根据现有制作光子晶体光纤的空心正六面柱体堆积技术，实现本发明结构十分容易。

Description

双折射光子晶体光纤

(一)技术领域

本发明涉及一种光子晶体光纤，特别是一种通过强双折射效应实现偏振保持的光子晶体光纤。

(二)背景技术

在普通的单模光纤中，如果光纤受到垂直于轴向随机的压力作用，光纤端面将会由完美的圆形结构转变成为一定程度上的椭圆结构，两个正交偏振方向上的偏振模式不再简并，它们的模式传播常数β略有不同，并在传播过程中相互耦合，这种模态双折射效应会使入射的线偏振态经过一段距离后转变为任意偏振态。为了维持模式的偏振特性，可人为引入较强的双折射，两个正交模式在光纤中的折射率不同，使环境中随机引起的双折射相对固有的双折射而言是个小量，因此当光沿某个光轴方向线性偏振时，光将在传输过程中维持其偏振方向。如果偏振方向不是沿某个光轴方向，而是与光轴有夹角，在传输过程中光将会经历线偏振态、椭圆偏振态、线偏振态、椭圆偏振态，然后再回到线偏振态的周期性过程。在偏振态经历一个周期性变化过程中光沿轴向传播的距离称为差拍长度L_B， $L_B=\frac{2\mathrm{\π}}{|{\mathrm{\β}}_X-{\mathrm{\β}}_Y|},$ β_X与β_Y是两个正交方向上模式的传播常数，差拍长度越短，光纤的偏振保持特性就越好，常规保偏光纤具有毫米量级的差拍长度。双折射强弱也可用两个正交方向上的折射率差表示，B＝|n_X-n_Y|，其中n_X和n_Y分别是两个正交方向上的模式折射率。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的强双折射效应。

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。光子晶体光纤具有灵活的端面结构设计特征，将纤芯、空气孔的排列在某两个垂直方向上设计为不对称，如相关文献所述，在纤芯周围的两个对称方向上引入两个很大的空气孔，将会使光子晶体光纤产生双折射，或如布拉兹光子学有限公司已经公开的专利申请(CN 1341221A)所述，在纤芯附近的对称两侧区域中空气孔不同于其他空气孔大小也会引起双折射效应。根据现有的空心正六面柱体堆积技术，引入大空气孔或排布复杂的图案制作工艺较难。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简便更容易制作的强双折射光子晶体光纤。

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，所述纤芯由内核和外核组成，所述内核由实心的背景材料构成，构成外核的空气孔1围绕内核呈菱形排布，构成包层的空气孔3围绕纤芯均匀排布，构成外核的空气孔的直径与构成包层的空气孔直径不相等；在整个光纤端面上，构成包层的每三个相邻空气孔呈正三角形结构排列。

构成外核的空气孔是一圈八个呈菱形排布的空气孔。

构成外核的空气孔是多圈呈菱形排布的空气孔。

构成外核的空气孔直径大于构成包层的空气孔直径。

构成外核的空气孔直径小于构成包层的空气孔直径。

构成外核的空气孔内填充有极性材料。

光纤背景材料2为硅玻璃材料。

光纤背景材料2为聚合物材料。

本发明的优点是：整个光纤端面上空气孔均呈正三角形状排布，仅仅是纤芯外核区域的空气孔呈菱形排布，根据现有制作光子晶体光纤的空心正六面柱体堆积技术，实现本发明结构十分容易。

(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示例中两个正交方向上的模式有效折射率；

图4是图1示例中两个正交方向上的模式有效折射率差。

图5是第二示例的横截面示意图。

(五)具体实施方式

实施例一：

参照附图1-4，一种光子晶体光纤，端面结构如图1所示，包括纤芯和包层，选择石英为背景材料2，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，每相邻的三个空气孔相连构成一个正三角形，空气孔间距Λ＝2.3微米(整个光纤端面)。中心位置空气孔缺失，由背景材料构成实心的纤芯内核，集中了大部分的光场能量。内核周围排布成菱形状的八个直径为d₁＝0.9微米的空气孔在背景材料中围绕形成纤芯外核，模式中有少量能量分布在纤芯外核。端面上其它直径为d₂＝0.46微米的空气孔在背景材料中的均布排列形成包层。外核空气孔的菱形排列引起沿菱形两对角线方向上的折射率不同，该光纤是双折射的。图2是场的模式图，图3示出了在1.4微米～1.7微米波段两个正交方向上的模式有效折射率，图4是两方向上的有效折射率差B＝|n_X-n_Y|～10^-4。在1.55微米通信窗口，差拍长度L_B～0.5毫米，可以用作偏振保持光纤。

实施例二：

纤芯外核呈菱形状排布的八个空气孔直径小于包层中的空气孔直径，如图5所示。其他条件同实施例一。

实施例三：

纤芯外核由数圈呈菱形状排布的空气孔围绕而成，其他条件同实施例一。

实施例四：

纤芯外核中的空气孔被极性材料所填充，其他条件同实施例一。

实施例五：

背景材料2为聚合物材料，其他条件同实施例一。

Claims (8)

1.一种双折射光子晶体光纤，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：所述纤芯由内核和外核组成，所述内核由实心的背景材料构成，构成外核的空气孔围绕内核呈菱形排布，构成包层的空气孔围绕纤芯均匀排布，构成外核的空气孔的直径与构成包层的空气孔直径不相等；在整个光纤端面上，构成包层的每三个相邻空气孔呈正三角形结构排列。

2.如权利要求1所述的双折射光子晶体光纤，其特征在于构成外核的空气孔是一圈八个呈菱形排布的空气孔。

3.如权利要求1所述的双折射光子晶体光纤，其特征在于构成外核的空气孔是多圈呈菱形排布的空气孔。

4.如权利要求1所述的双折射光子晶体光纤，其特征在于构成外核的空气孔直径大于构成包层的空气孔直径。

5.如权利要求1所述的双折射光子晶体光纤，其特征在构成外核的空气孔直径小于构成包层的空气孔直径。

6.如权利要求1所述的双折射光子晶体光纤，其特征在构成外核的空气孔内填充有极性材料。

7.如权利要求1-6之一所述的双折射光子晶体光纤，其特征在于光纤背景材料为硅玻璃材料。

8.如权利要求1-6之一所述的双折射光子晶体光纤，其特征在于光纤背景材料为聚合物材料。

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