CN103197372B - 光子晶体光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光子晶体光纤，所述光纤的横截面包括纤芯和包层，沿所述的光纤轴向有规律地排列着许多空气孔道，所述横截面中心位置的一个空气孔被微晶结构替代构成光纤的所述纤芯，所述纤芯由相同的孪生空气孔对均匀分布在光纤背景材料中构成，所述包层是空气孔在背景材料中均匀排布并包围着所述纤芯的***区域，所述包层中排布在横向中心轴上的一排空气孔均被大空气孔所替代，所述的大空气孔在不影响到相邻空气孔的条件下可以在原来的位置上呈放射状扩大，所述的大空气孔直径都相同。本发明同时改进光子晶体光纤的纤芯及包层结构，增强纤芯及包层中空气孔排布的不对称，从而导致光子晶体光纤具有很强的双折射效应。

Description

光子晶体光纤
（一）技术领域
本发明涉及一种具有强双折射效应的光子晶体光纤。
（二）背景技术
光纤的双折射效应强弱可用两个正交方向上的折射率差表示，δn=|nX-nY|，其中nX和nY分别是两个正交方向上的模式有效折射率。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***硼硅玻璃材料引起应力双折射可形成B～10-4的双折射光纤。双折射光纤可用作保偏光纤或制成偏振器件，在信息传输或光学技术中具有广阔的应用前景。
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，代之以实心的背景材料，或者***折射率高于背景材料的其它材料形成导光的纤芯，而***空气孔在背景材料中的均匀排列形成包层，光模场基本限定在中心位置高折射率区域，这类光纤是通过全内反射原理导光的。光纤端面结构具有灵活可控的排布特性，通过空气孔在两个正交方向上的不对称排布，使光场模式在两个正交方向具有不同的折射率，从而形成强的双折射效应。
（三）发明内容
为了克服现有光纤中实现强双折射效应较难以及在光子晶体光纤中实现双折射效应不够强的缺点，本发明提供一种结构简便、容易制作的可实现强双折射效应的光子晶体光纤。
本发明采用的技术方案是：
一种光子晶体光纤，所述光纤的横截面包括纤芯和包层，沿所述的光纤轴向有规律地排列着许多空气孔道，所述的空气孔道沿光纤轴线平行排列，所述光纤的横截面上的空气孔在光纤背景材料中呈周期性排列，相邻排的空气孔相互错位，间隔排的空气孔相互对准，每相邻的三个空气孔构成正三角形，所述空气孔的总排数成单数，中间排的空气孔圆心都布置在横向中心轴上，所述横截面中心位置的一个空气孔被微晶结构替代构成光纤的所述纤芯，所述纤芯由相同的孪生空气孔对均匀分布在光纤背景材料中构成，所述的孪生空气孔对是由上下并列并与横向中心轴相垂直排布的两个相同的小空气孔构成，相邻排的孪生空气孔对交错排列，间隔排的孪生空气孔对相互对准，所述纤芯中孪生空气孔对的总排数成单数，中间排的孪生空气孔对的个数成单数，所述纤芯中孪生空气孔对以最中心的孪生空气孔对所对应的横向中心轴和纵向中心轴分别呈轴对称布置，所述包层是空气孔在背景材料中均匀排布并包围着所述纤芯的***区域，所述包层中排布在横向中心轴上的一排空气孔各自被大空气孔所替代，所述的大空气孔在不影响到相邻空气孔的条件下可以在原来的位置上呈放射状扩大，所述的大空气孔不能破坏其相邻的空气孔，所述的大空气孔直径都相同。
进一步，所述横截面通常呈中心对称图形，如优选横截面为正六边形、圆形的光纤。
进一步，所述的背景材料为硅玻璃材料。
进一步，所述的背景材料为聚合物材料。
本发明的有益效果体现在：同时改进光子晶体光纤的纤芯及包层结构，增强纤芯及包层中空气孔排布的不对称，从而导致光子晶体光纤具有很强的双折射效应。
（四）附图说明
图1是本发明实施例一的横截面示意图。图1中，1-包层中的空气孔，2-背景材料，3-纤芯，4-包层中直径较大的一排大空气孔，5-纤芯中的孪生空气孔对，6-横向中心轴，7-纵向中心轴。
图2是图1示例中纤芯的微晶结构示意图。
图3是图1示例中光子晶体光纤在两个正交方向上模式的有效折射率之差随波长的变化情况。
（五）具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例一：
参照图1至图3，一种光子晶体光纤，沿所述的光纤轴向有规律地排列着许多空气孔，所述的空气孔沿光纤轴线平行排列，横截面呈正六边形，结构如图1所示，背景材料2为石英，折射率为1.45，
所述光纤的横截面包括纤芯3和包层，沿所述的光纤轴向有规律地排列着许多空气孔道，所述的空气孔道沿光纤轴线平行排列，所述光纤的横截面上的空气孔在光纤背景材料中呈周期性排列，相邻排的空气孔相互错位，间隔排的空气孔相互对准，每相邻的三个空气孔构成正三角形，所述空气孔的总排数成单数，中间排的空气孔圆心都布置在横向中心轴线上；所述横截面中心位置的一个空气孔被微晶结构替代构成光纤的所述纤芯3，所述纤芯由相同的孪生空气孔对均匀分布在光纤背景材料中构成，所述的孪生空气孔对是由上下并列并与横向中心轴6相垂直排布的两个相同的小空气孔构成，相邻排的孪生空气孔对交错排列，间隔排的孪生空气孔对相互对准，所述纤芯中孪生空气孔对的总排数成单数，中间排的孪生空气孔对的个数成单数，所述纤芯中孪生空气孔对以最中心的孪生空气孔对所对应的横向中心轴6和纵向中心轴7分别呈轴对称布置，所述包层是空气孔在背景材料中均匀排布并包围着所述纤芯的***区域，所述包层中排布在横向中心轴上的一排空气孔均被大空气孔所替代，所述的大空气孔在不影响到相邻空气孔的条件下可以在原来的位置上呈放射状扩大，所述的大空气孔直径都相同。所述横截面呈轴对称图形。
包层中每个空气孔1的直径为d1=0.85μm，包层中空气孔1按照本技术领域公认的三角形规则在背景材料2中均匀排列，相邻空气孔的间距为Λ=2.3μm，包层中如图1所示水平轴线上的大空气孔4的直径略大于其它空气孔的直径，其直径为d2，为了说明加大包层中水平轴线上的空气孔可以有效增大双折射，如图3所示，d2分别取了三个值0.85μm，0.90μm，以及0.95μm。纤芯3由位于中心位置的一个空气孔被一组均匀排布的孪生空气孔对5所代替，孪生空气孔对5中每个空气孔直径d3=0.085μm，相邻孪生空气孔对的水平间距b=0.15μm，每个孪生空气孔对中两个空气孔之间的距离为h=0.1μm。纤芯中的背景材料与包层的背景材料相同。该光子晶体光纤具有极强的双折射效应，模式沿两个主轴方向上的有效折射率之差达到δn～10-2。
实施例二
一种光子晶体光纤，光纤的横截面为正六边形，光纤横截面的背景材料为聚合物材料，光纤的其它结构及数据与实施例1相同。
实施例三
一种光子晶体光纤，光纤横截面为圆形，横截面的背景材料为硅玻璃材料，光纤的其它结构与数据与实施例1相同。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.一种光子晶体光纤，所述光纤的横截面包括纤芯和包层，沿所述的光纤轴向有规律地排列着许多空气孔道，所述的空气孔道沿光纤轴线平行排列，所述光纤的横截面上的空气孔在光纤背景材料中呈周期性排列，相邻排的空气孔相互错位，间隔排的空气孔相互对准，每相邻的三个空气孔构成正三角形，其特征在于：所述横截面中心位置的一个空气孔被微晶结构替代构成光纤的所述纤芯，所述纤芯由相同的孪生空气孔对均匀分布在光纤背景材料中构成，所述的孪生空气孔对是由上下并列并与横向中心轴相垂直排布的两个相同的小空气孔构成，相邻排的孪生空气孔对交错排列，间隔排的孪生空气孔对相互对准，所述纤芯中孪生空气孔对的总排数成单数，中间排的孪生空气孔对的个数成单数，所述纤芯中孪生空气孔对以最中心的孪生空气孔对所对应的横向中心轴和纵向中心轴分别呈轴对称布置，所述包层是空气孔在背景材料中均匀排布并包围着所述纤芯的***区域，所述包层中排布在横向中心轴上的一排空气孔均被大空气孔所替代，所述的大空气孔在不影响到相邻空气孔的条件下可以在原来的位置上呈放射状扩大，所述的大空气孔直径都相同；所述横截面呈中心对称图形；
包层中每个空气孔的直径为d1＝0.85μm，包层中相邻空气孔的间距为Λ＝2.3μm，包层中水平轴线上的大空气孔的直径略大于其它空气孔的直径，其直径为d2，d2分别取三个值0.85μm，0.90μm，以及0.95μm；
纤芯中的孪生空气孔对中每个空气孔直径d3＝0.085μm，相邻孪生空气孔对的水平间距b＝0.15μm，每个孪生空气孔对中两个空气孔之间的距离为h＝0.1μm。
2.如权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于：所述的背景材料为硅玻璃材料。
3.如权利要求2所述的光子晶体光纤，其特征在于：所述的背景材料为聚合物材料。
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