CN219245801U - 一种高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤，属于光纤技术领域，包括包层和纤芯，基底材料为二氧化硅，光纤的包层含有整体呈八边形排列的空气孔。空气孔包含处在模型偏外部几层的圆形空气孔和处在模型内部区域的三种类型椭圆形空气孔，整体结构呈现上下左右对称；光纤上半部分前四行为圆形空气孔，其中第四行中间一个圆形孔被两个相同且对称的细长椭圆形孔所替换；中间部分三行是从左到右排布的十列圆形空气孔，其中的部分圆形孔分别被两个小椭圆和两个大椭圆空气孔所替换；本发明有较高的双折射系数、较低的限制性损耗和较大的负色散等优点，且结构简单、易实现，非常适用在光通信和光纤传感等领域。

Description

一种高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤

技术领域

本实用新型涉及光纤技术领域，具体涉及一种高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤。

背景技术

光子晶体光纤，是一类在光子晶体和光纤技术的基础上发展起来的一种新型微结构光纤，此类光纤由纤芯及其周围按照一定规则进行排列的空气孔组成。它的结构设计比较灵活，一些结构参数有着较大的可调性，与一般的光纤相比，光子晶体光纤具有无截止单模传输特性、高双折射特性、高非线性特性、低损耗特性、新颖的色散特性以及可控的有效模式面积等特点，其在光纤传感、光纤通信、非线性光学以及激光等领域都有着广阔的应用前景。

在高速光通信系统和长距离稳定传输光学系统中需要光纤在通信波段有很小的色散和损耗，并且需要降低两个偏振轴信号之间的耦合作用。目前已有光子晶体光纤的双折射系数较低，大多处在10^-4～10^-3量级，且限制性损耗较高，很难做到长距离的信号传输。

光纤传感系统一般采取具有高双折射特性的保偏光纤作为传感光纤以降低光纤中偏振模式耦合对传感系统信噪比的影响；在光纤通信系统中，较低的传输损耗能够减少传输过程中信号的损失，有利于实现远距离通信；此外，光纤激光器中大负色散补偿光纤能抵消积累的正色散，实现色散管理。因此，非常有必要设计出具有高双折射低损耗和大负色散的新型光纤。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤，通过改进光子晶体光纤的结构，增强包层中空气孔排布的不对称性，使得该光子晶体光纤具有高双折射、较低的限制性损耗以及较大负色散特性，并且结构简单、易实现，满足在光通信和光纤传感的需求。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤，包括：

包层，其中包层的中心部分设置为纤芯；

椭圆形空气孔三，包层在纤芯的两侧各设置有1个椭圆形空气孔三；椭圆形空气孔三的短半轴共线；

椭圆形空气孔一，包层在椭圆形空气孔三之间对称有椭圆形空气孔一；纤芯的上下两侧各设置有2个椭圆形空气孔一；椭圆形空气孔一的长半轴和椭圆形空气孔三的长半轴平行；

椭圆形空气孔二，包层在椭圆形空气孔三背离纤芯的一侧各设置有1个椭圆形空气孔二；椭圆形空气孔二的短半轴和椭圆形空气孔三的短半轴共线；

圆形空气孔，包层以纤芯为中心成八边形均布圆形空气孔；包层中与椭圆形空气孔一、椭圆形空气孔二和椭圆形空气孔三重合区域不设置圆形空气孔。

在一些实施例中，圆形空气孔的半径为0.4μm，相邻圆形空气孔的孔间距为0.85μm。

在一些实施例中，椭圆形空气孔一的长半轴为0.75μm，椭圆形空气孔一的短半轴为0.225μm。

在一些实施例中，椭圆形空气孔二的长半轴为0.45μm，椭圆形空气孔二的短半轴为0.25μm。

在一些实施例中，椭圆形空气孔三的长半轴为1.2μm，椭圆形空气孔三的短半轴为0.8μm。

在一些实施例中，包层的折射率为1.444；椭圆形空气孔一、椭圆形空气孔二、椭圆形空气孔三和圆形空气孔的折射率为1。

在一些实施例中，所述包层为二氧化硅。

本实用新型的有益效果：

本发明与现有技术相比，具有很好的结构调节性，通过改进光子晶体光纤的结构，增强包层中空气孔排布的不对称性，使得该光子晶体光纤具有高双折射、较低的限制性损耗以及较大负色散特性，并且结构简单、易实现，满足在光通信和光纤传感的需求。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本申请的整体结构示意图；

图2为本申请的光子晶体光纤x偏振方向模场和y偏振方向模场分布图；

图3为本申请的光子晶体光纤在椭圆形空气孔三的短半轴b取不同值时的有效模式折射率随波长的变化关系图；

图4为本申请的光子晶体光纤在椭圆形空气孔三的短半轴b取不同值时的双折射随波长的变化关系图；

图5为本申请的光子晶体光纤在椭圆形空气孔三的短半轴b取不同值时的非限制性损耗随波长的x偏振方向损耗变化关系图；

图6为本申请的光子晶体光纤在椭圆形空气孔三的短半轴b取不同值时的非限制性损耗随波长的y偏振方向损耗变化关系图；

图7为本申请的光子晶体光纤在椭圆形空气孔三的短半轴b取不同值时的色散随波长的x偏振方向色散变化关系图；

图8为本申请的光子晶体光纤在椭圆形空气孔三的短半轴b取不同值时的色散随波长的y偏振方向色散变化关系图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

实施例：

请参考图1，包层1为二氧化硅。通过在包层中引入大小不一的空气孔、改变包层空气孔或者纤芯6的形状，打破光纤结构的圆对称性，从而可以获得相关性能参数优异的光子晶体光纤。具体的，包层含有整体呈八边形排列的空气孔，包层空气孔呈轴对称分布。空气孔包含处在模型偏外部几层的圆形空气孔2和处在模型内部区域的三种椭圆形空气孔。光纤上半部分前四行为圆形空气孔2，其中第四行中间的圆形空气孔2被两个相同且对称的椭圆形空气孔一3所替换；中间部分由三行，每行均为10个圆形空气孔2所组成，其中中间一行的第三个和第七个圆形空气孔2被两个椭圆形空气孔二4所替代；三行圆形空气孔2的第四列至第六列被删去，并以两个椭圆形空气孔三5进行替代；

本实施例中，圆形空气孔2的半径r=0.4μm；相邻圆形空气孔2的孔间距为d₁=0.85μm；椭圆形空气孔一3的长半轴为a₁=0.75μm，短半轴b₁=0.225μm；椭圆形空气孔二4的长半轴为a₂=0.45μm，短半轴为b₂=0.25μm；两个椭圆形空气孔三5的长半轴为a=1.2μm，短半轴为b=0.8μm，且根据研究需要，椭圆形空气孔三5的短半轴依次变为0.78μm和0.75μm。

本实用新型可以采用有限元法并结合完美匹配层边界吸收条件进行理论计算，当本实施例中椭圆形空气孔三5的短半轴b分别取0.8μm、0.78μm、0.75μm时得到的光子晶体光纤的双折射特性如图4所示；由图4可知：所述的光子晶体光纤的双折射随着图1中椭圆形空气孔三5的短半轴b的减小而减小，在常用通信波长1.55μm处，当b＝0.8μm时，可获高达5.682×10^-2的双折射。而现有的光纤的双折射一般在10^-4-10^-3数量级，可见，比现有光子晶体光纤高出1-2个数量级，减少了传输信号在两个偏振方向的耦合，其在高速光通信系统、光纤传感等领域具有重要的作用。

本实用新型的图5和图6所示，给出了限制性损耗在纤芯6左右两个椭圆形空气孔三5的短半轴b取0.8μm、0.78μm、0.75μm时的变化曲线图，其中图5是x偏振方向的限制性损耗随波长的变化关系，图6是y偏振方向的限制性损耗随波长的变化关系。可以看出，当b=0.75μm时，在波长为1.55μm处，本实用新型所述光子晶体光纤在x和y偏振方向上的非限制性损耗分别为10^-8和10^-9数量级，较低的损耗有助于增加光信号传输距离。

本实用新型的图7和图8所示，光子晶体光纤在椭圆形空气孔三5的短半轴b取不同值时的色散随波长的变化关系图。可以看出，本实用新型的光子晶体光纤具有较大的负色散。其中，图7是x偏振方向的色散随波长的变化关系，图8是y偏振方向的色散随波长的变化关系。从图7和图8可以看出，当两个椭圆形空气孔三5的短半轴b=0.8μm时，在波长为1.55μm处时的X偏振方向和Y偏振方向的负色散值分别达到了-1882ps/(nm·km)和-773.7ps/(nm·km)；有着良好的色散补偿能力。

综上，本实用新型的一种光子晶体光纤具有高双折射、较低的限制性损耗以及较大负色散特性，并且结构简单、易实现，满足在光通信和光纤传感的需求。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (7)

1.一种高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤，其特征在于，包括：

包层，其中包层的中心部分设置为纤芯；

椭圆形空气孔三，包层在纤芯的两侧各设置有1个椭圆形空气孔三；椭圆形空气孔三的短半轴共线；

椭圆形空气孔一，包层在椭圆形空气孔三之间对称有椭圆形空气孔一；纤芯的上下两侧各设置有2个椭圆形空气孔一；椭圆形空气孔一的长半轴和椭圆形空气孔三的长半轴平行；

椭圆形空气孔二，包层在椭圆形空气孔三背离纤芯的一侧各设置有1个椭圆形空气孔二；椭圆形空气孔二的短半轴和椭圆形空气孔三的短半轴共线；

圆形空气孔，包层以纤芯为中心成八边形均布圆形空气孔；包层中存在椭圆形空气孔一、椭圆形空气孔二和椭圆形空气孔三的区域不设置圆形空气孔。

2.根据权利要求1所述的高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤，其特征在于，圆形空气孔的半径为0.4μm，相邻圆形空气孔的孔间距为0.85μm。

3.根据权利要求1所述的高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤，其特征在于，椭圆形空气孔一的长半轴为0.75μm，椭圆形空气孔一的短半轴为0.225μm。

4.根据权利要求1所述的高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤，其特征在于，椭圆形空气孔二的长半轴为0.45μm，椭圆形空气孔二的短半轴为0.25μm。

5.根据权利要求1所述的高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤，其特征在于，椭圆形空气孔三的长半轴为1.2μm，椭圆形空气孔三的短半轴为0.8μm。

6.根据权利要求1所述的高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤，其特征在于，包层的折射率为1.444；椭圆形空气孔一、椭圆形空气孔二、椭圆形空气孔三和圆形空气孔的折射率为1。

7.根据权利要求1所述的高双折射低损耗大负色散光子晶体光纤，其特征在于，包层为二氧化硅。

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