CN102401934B - 色散平坦光子晶体光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种色散平坦光子晶体光纤，该光纤的包层由多层位于正六边形网格结点上的空气孔构成，第一层空气孔半径为d1，第四层空气孔半径为d4，其他层空气孔半径为d，相邻空气孔的中心距为Λ，其中，d1＜d＜Λ且d4＜d＜Λ；该光纤的纤芯为双层纤芯结构，内层纤芯是由六边形网格结点上的孔的缺失形成的高折射率芯区，外层纤芯是由第四层空气孔直径减小形成的高折射率芯区。应用本发明的具有高非线性和小正常色散值的色散平坦光子晶体光纤，可以适应不同泵浦波长的高功率脉冲激光器，并与高功率脉冲激光器结合构成1.55μm通信波段、宽带、平坦的超连续谱光源。

Description

色散平坦光子晶体光纤
技术领域
本发明涉及光纤技术领域，特别是涉及一种具有高非线性和小正常色散值的色散平坦光子晶体光纤。
背景技术
在高速、大容量光纤通信网中，为了获得更大的通信容量，目前的趋势是将波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术与光时分复用（Optical Time Division Multiplexing，OTDM）技术相结合，即用OTDM技术来提高WDM***的单信道容量。这种光通信方式的关键技术是如何获得高重复率、多波长的超短光脉冲源。当前WDM***采用的光源大多是与信道数相同的半导体激光器，价格昂贵且***体系复杂。
光子晶体光纤[1]，又称为微结构光纤或多孔光纤，是近年来迅速发展的一种具有较高科研价值并引起广泛关注的新型光纤，其沿光纤轴向按照一定规律分布着延伸的空气孔。通过合理设计光子晶体光纤的横向结构，可以获得高的非线性系数和适当的色散特征，是产生超连续谱的优良介质[2,3]。对于超连续谱光源，光谱的宽度和平坦度是衡量光谱质量的两个重要因素，特别是对于WDM光通信***，它要求在很宽的波段范围内提供功率均衡的多波长信道，而1.55μm光通信波段、宽带、平坦的超连续谱既能满足带宽的要求，又减少了功率均衡的技术难度。因此为适应WDM***中的要求非常有必要研制具有高非线性和小正常色散值的色散平坦光子晶体光纤。
上面提到的参考文献如下：
[1]J.C.Knight,T.A.Birks,P.S.J.Russell,“All-cilica single-modeoptical fiber with photonics crystal cladding”,Opt.Lett.,V.21(19),1996,1547-1549.
[2]Xu Yong-Zhao,Ren Xiao-Min,Zhang Xia,HuangYong-Qing,“Flat supercontinuum generated in a single-mode optical fibrewith a new chromatic dispersion profile”,Chin.Phys.Lett.,V.22(8),2005,1923-1926.
[3]Y.Xu,X.Ren,Z.Wang,X.Zhang and Y.Huang,“Flatlybroadened supercontinuum generation at10Gbit/s usingdispersion-flattened photonic crystal fibre with small normal dispersion”,Electron.Lett.,V.43(2),2007,87-88。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种具有高非线性和小正常色散值的色散平坦光子晶体光纤，以适应不同泵浦波长的高功率脉冲激光器，并与高功率脉冲激光器结合构成1.55μm通信波段、宽带、平坦的超连续谱光源。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种色散平坦光子晶体光纤，该光纤的包层由多层位于正六边形网格结点上的空气孔构成，第一层空气孔半径为d1，第四层空气孔半径为d4，其他层空气孔半径为d，相邻空气孔的孔中心距为Λ，其中，d1<d<Λ且d4<d<Λ；该光纤的纤芯为双层纤芯结构，内层纤芯是由正六边形网格结点上的空气孔的缺失形成的高折射率芯区，外层纤芯是由第四层空气孔直径减小形成的高折射率芯区；其中d4/Λ与d1/Λ的取值范围均为0.38-0.45；d/Λ的取值范围为0.75-0.82；且所述第四层空气孔半径d4等于所述第一层空气孔半径d1。
优选地，所述多层位于正六边形网格结点上的空气孔为8-10层位于正六边形网格结点上的空气孔。
优选地，所述位于正六边形网格结点上的空气孔的形状为圆形。
优选地，所述光纤的基底为石英材料。。
（三）有益效果
本发明通过提出了一种具有高非线性和小正常色散值的色散平坦光子晶体光纤，具有以下有益效果：
（1）通过同时减小第一层和第四层空气孔的直径形成双芯结构光子晶体光纤，使得该光子晶体光纤具有小的正常色散值和抛物线型的平坦色散特性，同时具有较高的非线性特性；
（2）将具有高非线性和小正常色散的色散平坦光子晶体光纤与高功率脉冲激光器结合，能够构成1.55μm通信波段、宽带、平坦的超连续谱光源，并可大大缩短所用光纤的长度；
（3）通过调整两种空气孔直径和相邻空气孔的孔中心间距，可以方便地调整光纤的最近零色散波长，以适应不同泵浦波长的高功率脉冲激光器。
附图说明
图1是本发明所述色散平坦光子晶体光纤横截面的结构示意图；
图2是本发明实施例1中色散平坦光子晶体光纤的色散曲线图；
图3是本发明实施例1的所述色散平坦光子晶体光纤在1.55μm通信波段产生的超连续谱示意图；
图4是本发明实施例2中色散平坦光子晶体光纤的色散曲线图。
其中，1：内层纤芯；2：外层纤芯；d1：第一层空气孔半径；d2：第二层空气孔半径；d3：第三层空气孔半径；d4：第四层空气孔半径；Λ：相邻空气孔的孔中心间距。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明所述色散平坦光子晶体光纤横截面的结构示意图。如图1所示，其中，第一层空气孔半径d1与第四层空气孔半径d4相等；第二层空气孔半径d2和第三层空气孔半径d3都等于一个常数d；该光纤的包层由多层（例如8-10层）位于正六边形网格结点上的圆形空气孔构成，相邻空气孔的中心距为Λ；d4<d<Λ且d1<d<Λ；d4/Λ与d1/Λ的取值范围均为0.38-0.45；d/Λ的取值范围为0.75-0.82。光纤的纤芯为双层纤芯结构，内层纤芯是由六边形网格结点上的孔的缺失形成的高折射率芯区，外层纤芯是由第四层空气孔直径减小形成的高折射率芯区；。
本发明所述的具有高非线性和小正常色散值的色散平坦光子晶体光纤通过降低第一层空气孔直径d1和第四层空气孔直径d4影响有效折射率，进而影响光纤的色散和色散斜率，可以在获得小正常色散值和平坦色散的同时具有高的非线性特性；所述具有高非线性和小正常色散值的色散平坦光子晶体光纤基底采用纯石英材料；通过调节空气孔的孔中心间距Λ和空气孔直径d1和d可以调整最大色散值的位置，以适应不同泵浦波长的高功率脉冲激光器。
实施例1
对于石英材料，光子晶体光纤结构参数：Λ=0.87μm，d1/Λ=d4/Λ=0.40，其它层空气孔直径满足d/Λ=0.82，相应的色散曲线如图2所示。色散曲线呈现如下特点：
（1）在1450nm至1650nm的波长范围内，光子晶体光纤的色散值介于-1.65～-0.335ps/nm/km范围内，具有色散平坦特性；
（2）呈现抛物线型；
（3）最大色散值对应的波长为1550nm。
在1550nm波长处的非线性系数为33.8W-1km-1。当短脉冲激光器的入射波长为1550nm，脉冲半高全宽为1.6ps，泵浦功率为20dBm、25dBm、26dBm和29dBm时，通过80m长的该色散平坦光子晶体光纤传输后产生的超连续谱，如图3所示。当泵浦功率为29dBm时，可在1.55μm通信波段产生3dB带宽为125nm（1496nm-1621nm）的平坦超连续谱，所述3dB带宽是比峰值功率小3dB（即峰值的50％）时的频谱范围的带宽。
实施例2
对于石英材料，光子晶体光纤结构参数：Λ=0.82μm，d1/Λ=d4/Λ=0.39，其它层空气孔直径满足d/Λ=0.81，相应的色散曲线如图4所示。色散曲线呈现如下特点：
（1）在1400nm至1600nm的波长范围内，光子晶体光纤的色散值介于-11.2～-7.8ps/nm/km范围内，具有色散平坦特性；
（2）呈现抛物线型；
（3）最大色散值对应的波长为1450nm。
在1450nm波长处的非线性系数为40.5W-1km-1。
下面简述本发明的色散平坦光子晶体光纤的拉制方法。
色散平坦光子晶体光纤的拉制方法采用现有的毛细管堆砌拉制技术。首先将石英预制棒磨成六角形状，并将中心掏空，然后在拉丝塔中拉成外径约0.8～2mm的空心毛细管；然后按设计要求尺寸的比例选择石英棒和石英管堆积成型，外加耐高温的金属细丝将其扎紧或用套管将其固定；最后在光纤拉丝塔上拉制成合格的光子晶体光纤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种色散平坦光子晶体光纤，其特征在于，该光纤的包层由多层位于正六边形网格结点上的空气孔构成，第一层空气孔半径为d1，第四层空气孔半径为d4，其他层空气孔半径为d，相邻空气孔的孔中心间距为Λ，其中，d1<d<Λ且d4<d<Λ；该光纤的纤芯为双层纤芯结构，内层纤芯是由正六边形网格结点上的空气孔的缺失形成的高折射率芯区，外层纤芯是由第四层空气孔直径减小形成的高折射率芯区；其中d4/Λ与d1/Λ的取值范围均为0.38-0.45；d/Λ的取值范围为0.75-0.82；且所述第四层空气孔半径d4等于所述第一层空气孔半径d1。
2.如权利要求1所述的色散平坦光子晶体光纤，其特征在于，所述多层位于正六边形网格结点上的空气孔为8-10层位于正六边形网格结点上的空气孔。
3.如权利要求1所述的色散平坦光子晶体光纤，其特征在于，所述位于正六边形网格结点上的空气孔的形状为圆形。
4.如权利要求1所述的色散平坦光子晶体光纤，其特征在于，所述光纤的基底为石英材料。
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