CN219225131U - 单偏振光子晶体光纤 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种单偏振光子晶体光纤，其内形成有轴向贯穿单偏振光子晶体光纤的多个圆形空气孔，多个圆形空气孔包括两个大圆形空气孔、多个小圆形空气孔和多个中圆形空气孔；单偏振光子晶体光纤的横截面为圆形，在横截面上，两个大圆形空气孔依据横截面的圆心左右对称分布；多个小圆形空气孔围绕两个大圆形空气孔设置，由内向外构成尺寸递增的多层多边形气孔环；六边形阵列最外层为多个中圆形空气孔，两相邻中圆形空气孔与两相邻小圆形空气孔圆心间距均为固定的节距，两个大圆形空气孔圆心间距为节距的两倍。本申请单偏振光子晶体光纤的结构简单易于制备。

Description

单偏振光子晶体光纤

技术领域

本申请属于光纤技术领域，特别涉及一种单偏振光子晶体光纤。

背景技术

光子晶体光纤又称为多孔光纤，由英国Bath大学Russell于1992年提出，一般由未掺杂的石英和空气孔构成，其横截面上周期性排列着沿轴向均匀分布的空气孔。光子晶体光纤以其结构设计灵活、具有普通光纤无法比拟的突出优点，例如温度稳定性好、弯曲损耗低、双折射稳定性好、磁敏感性低、光学噪声小和辐照不敏感等，得到广泛关注和深入研究，在光纤传感、光通信、非线性光学等领域应用前景广阔。近年来，通过调整光子晶体光纤端面结构，例如采用局部掺杂、椭圆孔等手段，可以实现单模单偏振传输。例如中国专利“一种小圆孔星形排列的单模单偏振光子晶体光纤”(公开号CN110426780)中光子晶体光纤断面结构包括大中小三种直径不同的圆形空气孔，但其中的圆形空气孔的设置方式不能实现光纤在弯曲条件下的单偏振性能。

单模单偏振光子晶体光纤内仅支持一个偏振基模传输，消除了偏振模式耦合、偏振模式色散和偏振相关损耗等现象，可提升光学器件和光传输网络的稳定性，在光纤传感系统、光纤陀螺仪、光纤水听器等方面具有广阔的应用前景。

现有的通过采用局部掺杂、小孔耦合、椭圆孔等手段实现单模单偏振传输的光子晶体光纤，制造工艺复杂、生产成本高、成品率低、难以批量生产，且在弯曲条件下失去单偏振性能。

实用新型内容

本申请提供一种单偏振光子晶体光纤，以解决现有技术中单偏振光子晶体光纤无法满足小弯曲直径下的使用要求的问题。

为解决上述技术问题，本申请提出一种单偏振光子晶体光纤，所述单偏振光子晶体光纤内形成有轴向贯穿所述单偏振光子晶体光纤的多个圆形空气孔，所述多个圆形空气孔包括两个大圆形空气孔、多个小圆形空气孔和多个中圆形空气孔；所述单偏振光子晶体光纤的横截面为圆形，在所述横截面上，所述两个大圆形空气孔依据所述横截面的圆心左右对称分布；所述多个小圆形空气孔围绕所述两个大圆形空气孔设置，由内向外构成尺寸递增的多层多边形气孔环；所述多个中圆形空气孔位于多层多边形气孔环的最外层；所述多层多边形气孔环依据正六边形阵列排布，两相邻中圆形空气孔圆心间距为固定的节距，所述两个大圆形空气孔圆心间距为所述节距的两倍，所述多个中圆形空气孔圆心间距也为固定的节距。

在一个实施例中，所述两个大圆形空气孔的直径均为5.5um±0.5um。

在一个实施例中，所述多个中圆形空气孔的直径均为3.2um±0.5um。

在一个实施例中，所述一个小圆形空气孔的直径为2.2um±0.5um。

在一个实施例中，所述中孔间距为4.4um±0.5um。

在一个实施例中，所述单偏振光子晶体光纤横截面的直径40um、60um、80um或125um。

在一个实施例中，所述小圆形空气孔位于由外向内的第二层多边形气孔环中。

在一个实施例中，所述单偏振光子晶体光纤为纯石英材料。

在一个实施例中，所述多个小圆形空气孔由内向外构成尺寸递增的多层多边形气孔环，所述多层多边形最外层为中圆形空气孔所构成的正六边形，在正六边形的六个角不设置所述中圆形空气孔。

在一个实施例中，所述两个大圆形空气孔的圆心与其左右的中圆形空气孔的圆心在同一水平线上。

区别于现有技术，本申请单偏振光子晶体光纤内形成有轴向贯穿单偏振光子晶体光纤的多个圆形空气孔，多个圆形空气孔包括两个大圆形空气孔、多个小圆形空气孔和多个中圆形空气孔；单偏振光子晶体光纤的横截面为圆形，在横截面上，两个大圆形空气孔依据横截面的圆心左右对称分布；多个小圆形空气孔围绕两个大圆形空气孔设置，由内向外构成尺寸递增的多层多边形气孔环；多个中圆形空气分布于多层多边形气孔环的最外层；多层多边形气孔环依据正六边形阵列排布，两相邻小圆形空气孔和两相邻中圆形空气孔圆心间距均为固定的节距，两个大圆形空气孔圆心间距为节距的两倍。本申请仅通过调整圆形空气孔的位置和大小即可在不同弯曲直径下实现不同程度的单偏振效果，结构简单。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是本申请单偏振光子晶体光纤一实施例的截面结构示意图；

图2是图1所示单偏振光子晶体光纤实施例在不同弯曲直径下的单偏振性能测试图；

图3是普通光子晶体光纤的截面结构示意图；

图4是图3所示普通光子晶体光纤在不同弯曲直径下的单偏振性能测试图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

下面结合附图图1-图4来描述本申请。首先参阅图3，可获知现有普通光子晶体光纤中空气孔的结构，由同一尺寸的空气孔依据正六边形围绕排列。单一尺寸的空气孔无法保证单偏振特性，如图4所示，无论是慢轴还是快轴，弯折后的限制损耗几乎相同，因此该种光纤无法实现弯曲状态下的单偏振效果。

基于此，本申请中设计了两个大圆形空气孔和多个中圆形空气孔来替代常规的小圆形空气孔，其中，两个大圆形空气孔使得纤芯产生高双折射效应。在弯曲时快轴的光会被耦合出纤芯，慢轴的光将继续以导模的形式在纤芯中传输从而实现单偏振效果。本申请的光纤利用了弯曲诱导模式截止的原理，可实现在特定弯曲直径范围内具有良好的单偏振性能，单偏振光子晶体光纤弯曲直径范围为5mm～30mm。

具体来说，本实施例的结构可以参阅图1，首先本实施例中单偏振光子晶体光纤采用纯石英材料制成，构成光子晶体光纤。单偏振光子晶体光纤内形成有轴向贯穿单偏振光子晶体光纤的多个圆形空气孔，多个圆形空气孔包括两个大圆形空气孔、多个中圆形空气孔和多个小圆形空气孔。

单偏振光子晶体光纤的横截面为圆形，在横截面上，两个大圆形空气孔依据横截面的圆心左右对称分布；多个小圆形空气孔围绕两个大圆形空气孔设置，由内向外构成尺寸递增的多层多边形气孔环；多个中圆形空气分布在多层多边形气孔环的最外层。

多个小圆形空气孔依据正六边形阵列排布，两相邻小圆形空气孔和两相邻中圆形空气孔圆心间距均为固定的节距，两个大圆形空气孔圆心间距为节距的两倍。

两个大圆形空气孔的圆心与其左右的中圆形空气孔的圆心在同一水平线上。

最外层的中圆形空气孔所构成的正六边形，在正六边形的六个角不设置所述中圆形空气孔。

两个大圆形空气孔的直径d₁均为5.5um±0.5um，多个中圆形空气孔的直径d₂均为3.2um±0.5um。多个小圆形空气孔d₃的直径为2.2um±0.5um。中圆形空气孔间距L为4.4um±0.5um。

其中，小圆形空气孔d₃和中节距L的大小决定了本实施例单偏振光子晶体光纤的单模特性和低限制损耗。大圆形空气孔d₁的设计则决定了光纤的保偏特性，其既影响单偏振的效果又影响其弯曲时的单偏振性能。中圆形空气孔d₂的大小决定了本实施例光纤的低弯曲限制损耗。当d₁，d₂，d₃处在本实施例参数范围内时能实现在弯曲直径5mm-30mm的范围内具有良好的单偏振效果。

而本实施例的弯曲状态下单偏振性，则可以由图2所知，快轴与慢轴的限制损耗在不同弯曲直径下可相差几个数量级。本实施例中中圆形空气孔仅设置了一层，在能够通过参数设计实现光纤抗弯单偏振的基础上，最大程度简化了结构，减小了制造工艺的难度，对多个中孔的参数控制技术较成熟，生产成品率较高。其他诸如椭圆形空气孔、三角形空气孔、多个纳米级空气孔等单偏振光子晶体光纤结构目前的技术难以实现。

本实施例中的圆形空气孔的排布结构适用于横截面直径D为40um、60um、80um或125um的单偏振光子晶体光纤。

本申请单偏振光子晶体光纤内形成有轴向贯穿单偏振光子晶体光纤的多个圆形空气孔，多个圆形空气孔包括两个大圆形空气孔、多个小圆形空气孔和多个中圆形空气孔；单偏振光子晶体光纤的横截面为圆形，在横截面上，两个大圆形空气孔依据横截面的圆心左右对称分布；多个小圆形空气孔围绕两个大圆形空气孔设置，由内向外构成尺寸递增的多层多边形气孔环；多个中圆形空气孔位分布于多层多边形气孔环最外层；多层多边形气孔环依据正六边形阵列排布，两相邻小圆形空气孔和两相邻中圆形空气孔圆心间距均为固定的节距，两个大圆形空气孔圆心间距为中孔间距的两倍。本申请仅通过调整圆形空气孔的位置和大小即可实现单偏振，结构简单。且通过对空气孔的尺寸设计，可实现较强的抗弯折能力。

在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“中心”、“纵向”、“横向”、“顺时针”或“逆时针”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本申请的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本申请方案的限制。

另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。

虽然本说明书已经示出和描述了本申请的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本申请思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本申请的过程中，可以采用对本文所描述的本申请实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本申请的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。

Claims (10)

1.一种单偏振光子晶体光纤，其特征在于，所述单偏振光子晶体光纤在弯曲时快轴的光被耦合出纤芯而截止，慢轴的光继续以导模的形式在纤芯中传输，所述单偏振光子晶体光纤弯曲直径范围为5mm-30mm；所述单偏振光子晶体光纤内形成有轴向贯穿所述单偏振光子晶体光纤的多个圆形空气孔，所述多个圆形空气孔包括两个大圆形空气孔、多个小圆形空气孔和多个中圆形空气孔；

所述单偏振光子晶体光纤的横截面为圆形，在所述横截面上，所述两个大圆形空气孔依据所述横截面的圆心左右对称分布；所述多个小圆形空气孔围绕所述两个大圆形空气孔设置，由内向外构成尺寸递增的多层多边形气孔环；所述多个中圆形空气孔分布于所述小圆形空气孔构成的多层多边形空气孔环的最外层；

所述多个小圆形空气孔依据正六边形阵列排布，两相邻小圆形空气孔圆心间距为固定的节距，所述两相邻中圆形空气孔圆心间距也为同一节距所述两个大圆形空气孔圆心间距为所述节距的两倍。

2.根据权利要求1所述的单偏振光子晶体光纤，其特征在于，所述两个大圆形空气孔的直径均为5.5um±0.5um。

3.根据权利要求2所述的单偏振光子晶体光纤，其特征在于，所述多个中圆形空气孔的直径均为3.2um±0.5um。

4.根据权利要求3所述的单偏振光子晶体光纤，其特征在于，所述多个小圆形空气孔的直径为2.2um±0.5um。

5.根据权利要求1所述的单偏振光子晶体光纤，其特征在于，所述节距为4.4um±0.5um。

6.根据权利要求1所述的单偏振光子晶体光纤，其特征在于，所述单偏振光子晶体光纤横截面的直径为40um、60um、80um或125um。

7.根据权利要求1所述的单偏振光子晶体光纤，其特征在于，所述多个中圆形空气孔位于多边形气孔环的最外层。

8.根据权利要求1所述的单偏振光子晶体光纤，其特征在于，所述单偏振光子晶体光纤为纯石英材料。

9.根据权利要求1所述的单偏振光子晶体光纤，其特征在于，最外层的中圆形空气孔所构成的正六边形，在正六边形的六个角不设置所述中圆形空气孔。

10.根据权利要求1所述的单偏振光子晶体光纤，其特征在于，所述两个大圆形空气孔的圆心与其左右的中圆形空气孔的圆心在同一水平线上。

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