CN108732678B - 一种光子晶体光纤 - Google Patents

一种光子晶体光纤 Download PDF

Info

Publication number
CN108732678B
CN108732678B CN201810537357.1A CN201810537357A CN108732678B CN 108732678 B CN108732678 B CN 108732678B CN 201810537357 A CN201810537357 A CN 201810537357A CN 108732678 B CN108732678 B CN 108732678B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cladding
photonic crystal
covering
crystal fiber
ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201810537357.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108732678A (zh
Inventor
雷雨
许勋
贾宏志
庚志浩
刘星
刘刚
贾春华
沈志威
柴俊宇
王宁
涂建坤
孟丛
张坤
高聪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN201810537357.1A priority Critical patent/CN108732678B/zh
Publication of CN108732678A publication Critical patent/CN108732678A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108732678B publication Critical patent/CN108732678B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02295—Microstructured optical fibre
    • G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
    • G02B6/02342—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by cladding features, i.e. light confining region
    • G02B6/02361—Longitudinal structures forming multiple layers around the core, e.g. arranged in multiple rings with each ring having longitudinal elements at substantially the same radial distance from the core, having rotational symmetry about the fibre axis
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光子晶体光纤，其特征在于，包括：从内自外的芯层、包层以及涂覆层，光纤的横截面为圆形，芯层、包层以及涂覆层均同心，芯层位于光纤的最内层，芯层横截面的中心为圆形孔，包层内均匀设置多个半圆形的气孔，包层包括5个包层环，每个包层环由相同大小的半圆形的气孔依次连接形成，包层环内的半圆形的气孔的大小从内圈到外圈依次递增，涂覆层位于最外层，包层采用二氧化硅晶体材料制成，芯层采用二氧化硅晶体材料或者肖特玻璃(schott SF57)材料制成。本发明的电子晶体光纤可以传输多个轨道角动量模式，模式组的有效折射率差达到10‑3量级。

Description

一种光子晶体光纤
技术领域
本发明属于通信领域，具体涉及一种光子晶体光纤。
背景技术
轨道角动量(Orbital Angular Mometum)是光子除了传统波长、偏振等参量之外的另一个重要参量。随着光通信领域的波分复用、时分复用、码分复用等技术的不断提陈出新，更新换代，传统光纤的传输数据量已接近饱和，OAM为光束的复用提供了一个全新的自由度。
在OAM光纤通信***中，支持OAM模式传输的光纤是一种关键器件。光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber，PCF)，近年来被引起广泛关注，它的横截面上有较复杂的折射率分布，通常含有不同排列形式的气孔，这些气孔的尺度和光波波长大致在同一量级且贯穿器件的整个长度，光波可以被限制在低折射率的光纤芯区传播。光子晶体光纤的出现展示了一种新的控制光子的机制，极大地拓展了光传输的研究领域。随着近来对光子晶体光纤(PCF)研究的逐步深入，光子晶体光纤制造技术的逐步成熟，光子晶体光纤和光孤子理论给光通信技术的发展注入了勃勃生机。
对于传输OAM模式的光纤来说，更多的模式意味着在单个频率上包装更多的信道，显著提升信息传输量。此外，为了支持OAM模式在光纤中稳定传输，光纤必须具有高的有效折射率差，才能避免光纤中各矢量本征模式间的相互耦合和简并。许多特殊结构光纤被提出用来支持OAM模式的传输，但这些光纤中模式间有效折射率差始终在10-4量级，无法得到更显著的提高。由于模式间有效折射率差无法提高，在OAM模式传输时，可能会发生奇偶本征模走移，双折射和偏振模式色散，影响模式纯度并引起模式间的耦合或串扰。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能提高传输轨道角动量模式的数量、低限制损耗的光子晶体光纤。
本发明提供了一种光子晶体光纤，具有这样的特征，包括：
从内自外的芯层、包层以及涂覆层，光纤的横截面为圆形，芯层、包层以及涂覆层均同心，其中，包层包括多个包层环。
另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：芯层横截面的中心具有圆形孔。
另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：芯层均匀设置四个相同的呈十字交叉分布的圆形气孔。
另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：包层包括5个包层环，包层环的横截面为圆环。
另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：包层环内均匀设置多个形状大小相同的气孔。
另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：气孔的横截面为半圆形，半圆形依次相邻。
另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：包层环中的气孔的半圆形开口均朝向芯层。
另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：包层环内的气孔的大小从内圈到外圈依次递增。
另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：纤芯折射率大于包层折射率。
另外，在本发明提供的一种光子晶体光纤中，还可以具有这样的特征：包层采用二氧化硅晶体材料制成，芯层采用二氧化硅晶体材料或者肖特玻璃(schott SF57)材料制成。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的一种光子晶体光纤，其有益效果是：该光纤可以传输多个轨道角动量模式，模式组的折射率差达到了10-3量级。
附图说明
图1为本发明一种光子晶体光纤横截面结构示意图；
图2为芯层和包层均使用二氧化硅材料制成的PCF，在EH模式最高阶模式EH16,1的EZ场强分布图；
图3为芯层使用二氧化硅材料制成、包层使用肖特玻璃材料制成的PCF，在EH模式最高阶模式EH19,1的EZ场强分布图；
图4为芯层和包层均使用二氧化硅材料制成的PCF的∣HEa+1,1‐EHa‐1,1∣(a＝2,3,4,7,9,11,13,15,17)的有效折射率差Δnefff随波长变化的关系图；
图5为芯层使用二氧化硅材料制成、包层使用肖特玻璃材料制成的PCF的∣HEa+1,1‐EHa‐1,1∣(a＝2,3,4,7,9,11,13,15,17)的有效折射率差Δnefff随波长变化的关系图；
图6为本发明一种光子晶体光纤横截面结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明一种光子晶体光纤作具体阐述。
<实施例一>
图1为本发明一种光子晶体光纤横截面结构示意图。
光子晶体光纤外形呈长条线形。光子晶体光纤横截面结构如图1所示，光子晶体光纤100包括自内而外的芯层10、包层20以及涂覆层30。且芯层10、包层20以及涂覆层30均同心。
芯层10位于光子晶体光纤100的横截面结构的内环。芯层10的中央具有圆形孔，圆形孔的半径的取值范围为4-10μm，芯层10的厚度取值范围1-2μm。在本实施例中，中央圆形孔的半径为6.7μm，芯层10的厚度的取值为1.5μm。
包层20位于芯层10和涂覆层30之间，包括五个包层环，从包层20的内圈到外圈，依次为第一包层环21、第二包层环22、第三包层环23、第四包层环24、以及第五包层环25。
包层环21上均匀设置多个半圆形的气孔211，气孔211依次相邻，气孔211的半径的取值范围为0.3-0.9μm，在本实施例中，半圆形的气孔211的半径取值为0.6μm。
包层环22上均匀设置多个半圆形的气孔221，气孔221依次相邻，气孔221的半径的取值范围为0.4-1μm，在本实施例中，半圆形的气孔221的半径取值为0.65μm。
包层环23上均匀设置多个半圆形的气孔231，气孔231依次相邻，气孔231的半径的取值范围为0.5-1.1μm，在本实施例中，半圆形的气孔231的半径取值为0.7μm。
包层环24上均匀设置多个半圆形的气孔241，气孔241依次相邻，气孔241的半径的取值范围为0.6-1.2μm，在本实施例中，半圆形的气孔241的半径取值为0.75μm。
包层环25上均匀设置多个半圆形的气孔251，气孔251依次相邻，气孔251的半径的取值范围为0.7-1.3μm，在本实施例中，半圆形的气孔251的半径取值为0.8μm。
包层环内的气孔的大小从内圈到外圈依次递增。包层间的间距相同均为0.1μm。每个包层环中的半圆形的气孔数量相同，在本实施例中，气孔数目为42个。包层环中的气孔的半圆形开口均朝向芯层。
涂覆层30位于光子晶体光纤100的横截面结构的外环。
在本实施例中，光子晶体光纤100的芯层10和包层20均采用二氧化硅晶体材料制成。
图2为该PCF在EH模式最高阶模式EH16,1的EZ场强分布图。
有效折射率差Δneff为具有相同拓扑电荷数a和相同模式场强图同心环数b的HEa+1，b模和EHa‐1，b模的有效折射率实部之差的绝对值，即∣HEa+1,b‐EHa‐1,b∣。通过实验证实，有效折射率差Δneff大于10‐4时，可以有效防止模HEa+1，b和EHa‐1，b简并成为线偏振模LPa，b以及造成它们之间的模间串扰，从而造成数据的丢失或者错误，不利于光纤传输。故有效折射率差越大越好。(在HEa+1，b和EHa‐1，b以及LPa，b中，a表示拓扑电荷数，b表示同心环数)
在本发明的光子晶体光纤的所有同心环个数均为1，
图4为该光纤∣HEa+1,1‐EHa‐1,1∣(a＝2,3,4,7,9,11,13,15,17)的有效折射率差Δnefff随波长变化的关系图。
如图4所示，横坐标为波长(μm)，纵坐标为∣HEa+1,1‐EHa‐1,1∣的值，即有效折射率差Δneff，可以看出在1.3μm到1.7μm这个波段内，所有∣HEa+1,1‐EHa‐1,1∣(a＝2,3,4,7,9,11,13,15,17)的值均大于10‐3，可以有效防止它们合成LPa,1模及产生模间耦合，利于更多模式的传输。
通过对该光纤结构的参数进行优化设计，可支持的本征模式包括HEa+1，1模和EHa‐1，1,(a＝2-18)，共17个模式群组，其中每个模式群组包含4个OAM模式，加上TM0,1和TE0,1，共同组成了70个模式。
<实施例二>
实施例二的光纤是把实施例一中的光纤的芯层的二氧化硅材料换成肖特玻璃材，其他不变。
图3为该PCF在EH模式最高阶模式EH19,1的EZ场强分布图。
有效折射率差Δneff为具有相同拓扑电荷数a和相同模式场强图同心环数b的HEa+1，b模和EHa‐1，b模的有效折射率实部之差的绝对值，即∣HEa+1,b‐EHa‐1,b∣。通过实验证实，有效折射率差Δneff大于10‐4时，可以有效防止模HEa+1，b和EHa‐1，b简并成为线偏振模LPa，b以及造成它们之间的模间串扰，从而造成数据的丢失或者错误，不利于光纤传输。故有效折射率差越大越好。(在HEa+1，b和EHa‐1，b以及LPa，b中，a表示拓扑电荷数，b表示同心环数)
在本发明的光子晶体光纤的所有同心环个数均为1，
图5为∣HEa+1,1‐EHa‐1,1∣(a＝2,3,4,7,9,11,13,15,17)的有效折射率差Δnefff随波长变化的关系图。
如图5所示，横坐标为波长(μm)，纵坐标为∣HEa+1,1‐EHa‐1,1∣的值，即有效折射率差Δneff，可以看出在1.3μm到1.7μm这个波段内，所有∣HEa+1,1‐EHa‐1,1∣(a＝2,3,4,7,9,11,13,15,17)的值均大于10‐3，可以有效防止它们合成LPa,1模及产生模间耦合，利于更多模式的传输。
通过对该光纤结构的参数进行优化设计，可支持的本征模式包括HEa+1，1模和EHa‐1，1,(a＝2-21)，共20个模式群组，其中每个模式群组包含4个OAM模式，加上TM0,1和TE0,1，共同组成了82个模式。
<实施例三>
图6为本发明一种光子晶体光纤横截面结构示意图。
如图6所示，实施例三的光纤是在实施例二的光纤的基础上，在芯层添加多个相同的圆形气孔，该圆的半径为0.5μm，该圆的圆心与芯层内环之间的距离相同于圆心与芯层外环之间的距离。在本实施例中，圆的数目为4个，呈十字交叉分布，四个圆形气孔的设置有利于芯层传输更多的模式。
实施例的作用与效果
根据本实施例中所涉及的一种光子晶体光纤，其有益效果是：该光纤可以传输多个轨道角动量模式，模式组的折射率差达到了10-3量级。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种光子晶体光纤，其特征在于，包括：
从内自外的芯层、包层以及涂覆层，
所述光纤的横截面为圆形，所述芯层、所述包层以及所述涂覆层均同心，
其中，所述包层包括多个包层环，
所述芯层内均匀设置有四个相同的呈十字交叉分布的圆形气孔，
所述包层环内均匀设置多个形状大小相同的气孔，所述气孔的横截面为半圆形，所述半圆形依次相邻，
所述包层环内的所述气孔的大小从内圈到外圈依次递增。
2.根据权利要求1所述的一种光子晶体光纤，其特征在于：
其中，所述芯层横截面的中心具有圆形孔。
3.根据权利要求1所述的一种光子晶体光纤，其特征在于：
其中，所述包层环的横截面为圆环。
4.根据权利要求1所述的一种光子晶体光纤，其特征在于：
其中，所述包层环中的所述气孔的半圆形开口均朝向所述芯层。
5.根据权利要求1所述的一种光子晶体光纤，其特征在于：
其中，所述芯层的折射率大于所述包层的折射率。
6.根据权利要求1所述的一种光子晶体光纤，其特征在于：
其中，所述包层采用二氧化硅晶体材料制成，所述芯层采用二氧化硅晶体材料或者肖特玻璃材料制成。
CN201810537357.1A 2018-05-30 2018-05-30 一种光子晶体光纤 Expired - Fee Related CN108732678B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810537357.1A CN108732678B (zh) 2018-05-30 2018-05-30 一种光子晶体光纤

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810537357.1A CN108732678B (zh) 2018-05-30 2018-05-30 一种光子晶体光纤

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108732678A CN108732678A (zh) 2018-11-02
CN108732678B true CN108732678B (zh) 2020-05-05

Family

ID=63935915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810537357.1A Expired - Fee Related CN108732678B (zh) 2018-05-30 2018-05-30 一种光子晶体光纤

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108732678B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109596573B (zh) * 2018-12-18 2021-02-26 华北水利水电大学 基于表面等离子体共振的新d型结构光子晶体光纤传感器
CN110146953B (zh) * 2019-05-17 2020-11-17 西安理工大学 产生多种轨道角动量模式的光子晶体光纤及设计方法
CN112649915B (zh) * 2020-12-25 2022-08-02 东北石油大学 一种支持114个oam模式传输的光子晶体光纤

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101779149A (zh) * 2007-07-02 2010-07-14 泰科电子瑞侃有限公司 用于低损耗、紧光纤弯曲应用的布置孔的光子晶体光纤
CN106842414A (zh) * 2017-03-08 2017-06-13 南京邮电大学 一种新型的可传输多个oam模式的光子晶体光纤
CN107238890A (zh) * 2017-07-05 2017-10-10 南京邮电大学 一种可传输22个光子角动量模的光子晶体光纤

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030190129A1 (en) * 2000-08-25 2003-10-09 Ian Bassett Optical waveguide fibre
US20060133753A1 (en) * 2004-12-22 2006-06-22 Nelson Brian K Hole assisted fiber device and fiber preform

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101779149A (zh) * 2007-07-02 2010-07-14 泰科电子瑞侃有限公司 用于低损耗、紧光纤弯曲应用的布置孔的光子晶体光纤
CN106842414A (zh) * 2017-03-08 2017-06-13 南京邮电大学 一种新型的可传输多个oam模式的光子晶体光纤
CN107238890A (zh) * 2017-07-05 2017-10-10 南京邮电大学 一种可传输22个光子角动量模的光子晶体光纤

Also Published As

Publication number Publication date
CN108732678A (zh) 2018-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107238890B (zh) 一种可传输22个光子角动量模的光子晶体光纤
CN106842414B (zh) 一种可传输多个oam模式的光子晶体光纤
CN108732678B (zh) 一种光子晶体光纤
Bai et al. Design of a circular photonic crystal fiber with square air-holes for orbital angular momentum modes transmission
CN104536085B (zh) 一种细径保偏光纤
CN105425335B (zh) 一种通信用抗弯多芯光纤
CN108957623B (zh) 可支持18个oam模式传输的纯二氧化硅空气孔光子晶体光纤
CN110515153B (zh) 一种低色散oam模传输光纤
WO2017121160A1 (zh) 一种低损耗抗辐照的双折射光子晶体光纤
CN102854562A (zh) 一种高双折射光子晶体光纤
JP5808767B2 (ja) マルチコアファイバ
Al-Zahrani et al. Novel design of dual guided photonic crystal fiber for large capacity transmission in high-speed optics communications with supporting good quality OAM and LP modes
JP2011170062A (ja) 光ファイバ及びその製造方法並びに光ファイバ母材及びその製造方法
CN102866456A (zh) 一种高双折射低限制损耗光子晶体光纤
CN104003614A (zh) 一种oam传输光纤及其制造方法
CN113067572B (zh) 一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤及其应用
CN104503018A (zh) 滤模光纤
CN108614322B (zh) 一种光子晶体光纤
CN108333669B (zh) 一种单偏振非周期性大节距单模有源微结构光纤
CN107831566B (zh) 一种可支持22个oam模式传输的低平坦色散微结构光纤
CN106338793A (zh) 一种少模光纤
CN104020521A (zh) 一种正方结构全固态带隙光纤
CN108627913A (zh) 一种光子晶体光纤
CN102375176A (zh) 一种低弯曲损耗光纤
CN103207430A (zh) 一种低弯曲损耗微结构光纤

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200505