CN212276022U - 一种高双折射低限制性损耗光子晶体光纤 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高双折射低限制性损耗光子晶体光纤，光纤基底材料为二氧化硅。该光纤的包层中含五层呈正六边形的空气孔。空气孔包含椭圆形与圆形空气孔，排列方式呈上下对称布设。光纤上半部分前四行为大椭圆空气孔和圆空气孔行交错排列形成，中心一行两端分别有两个大椭圆空气孔，靠近纤芯两侧为小椭圆空气孔，其余均为大小相等的圆形空气孔，相邻两个空气孔之间的间距与纤芯左右两侧的小椭圆空气孔中心到光纤中心的距离相等。本实用新型的光子晶体光纤具有高双折射低限制性损耗性能，应用本实用新型可以减小信号传输过程中两个偏振方向上的耦合，大大提高光信号的传输距离，适用于长距离光纤通信***。

Description

一种高双折射低限制性损耗光子晶体光纤

技术领域

本实用新型涉及光纤技术领域，具体涉及一种具有高双折射和低限制性损耗的光子晶体光纤。

背景技术

光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber，PCF)的概念在1992年由P.St.J.Russel首次提出。光子晶体光纤的折射率在光纤横截面内具有二维周期性，并且这种二维周期性结构在光纤纵轴方向上保持不变。光子晶体光纤的结构与常规光纤具有很大的不同，传统光纤为实体的纤芯和包层，且材料通常均为二氧化硅，而光子晶体光纤的包层中引入了具有一定规则排列的空气孔。它具有传统光纤不能实现的“奇异”特性，例如高双折射，灵活的色散特性，非线性特性和耐辐照特性等。在光通信、光器件、光传感以及激光领域具有广阔的应用前景。

信号传输过程中的损耗在长距离光纤通信***中的影响较大，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大多为10^-4～10^-3量级，且限制性损耗较高，难以满足当今长距离通信需求，高双折射低限制性损耗的光子晶体光纤结构继承了光子晶体光纤设计灵活的优良特点，在入射光波长为1550nm处既达到了高双折射，又实现了低限制性损耗。通过简单调节结构参数可以方便的制作出不同传输特性的光子晶体光纤，在长距离光纤通信方面具有潜在的应用价值。

实用新型内容

本实用新型克服现有光子晶体光纤双折射系数较低、限制性损耗较高的缺点，提供了一种适用于长距离传输的高双折射低限制性损耗的光子晶体光纤。

本实用新型提供一种高双折射低限制性损耗光子晶体光纤，包含基底材料和包层空气孔，所述基底材料为二氧化硅，所述空气孔为五层，按一定排列规则呈正六边形分布。

进一步的，所述光子晶体光纤包层中的空气孔形状包含椭圆形与圆形，整体排列结构为正六边形阵列，排列方式呈上下对称布设。所述光子晶体光纤上半部分的结构为：前四层为大椭圆空气孔和圆空气孔交错排列形成，中间一层两端分别有两个大椭圆空气孔，靠近纤芯左右两侧分别有一个小椭圆空气孔，其余均为圆形空气孔。所述光子晶体光纤相邻两个空气孔之间的孔间距与纤芯左右两侧的小椭圆空气孔的中心到光纤中心的距离相等。所述包层中大椭圆空气孔的长半轴长、小椭圆空气孔长半轴长和圆形空气孔半径长度相等，位于中心一层的大椭圆空气孔和小椭圆空气孔的长轴与所述包层中其余大椭圆空气孔长轴方向垂直。

本实用新型提出了一种具有高双折射低限制性损耗的光子晶体光纤，与现有光子晶体光纤相比具有以下特性：

实现了高双折射无截止单模传输，在1550nm处双折射系数可以达到3.51×10^-2；

具有较低的限制性损耗，在1550nm处损耗低至10^-10dB/m，降低了4～5个数量级，适用于长距离光纤传输***。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例中所述高双折射低限制性损耗光子晶体光纤横截面的结构示意图。其中1：大椭圆空气孔；2：圆形空气孔；3：小椭圆空气孔；Λ：空气孔间距； b：大椭圆与小椭圆长半轴长度、圆形空气孔半径；a：大椭圆空气孔短半轴长度；a₁：小椭圆空气孔短半轴长度。

图2是图1示例中光子晶体光纤小椭圆空气孔的椭圆率取不同值时，双折射随波长的变化情况，并给出了部分现有引入椭圆空气孔的光子晶体光纤在1550nm处的双折射系数与之进行对比，结果表明图1示例中的光子晶体光纤双折射系数具有明显提高。

图3(a)是图1示例中光子晶体光纤小椭圆空气孔的椭圆率取不同值时，光纤快轴限制性损耗随波长的变化情况，图3(b)是图1示例中光子晶体光纤小椭圆空气孔的椭圆率取不同值时，光纤慢轴限制性损耗随波长的变化情况，从图中可以看出在波长为1550nm处所述光子晶体光纤限制性损耗可低至10^-10dB/m，与现有引入椭圆空气孔的光子晶体光纤相比降低了四到五个数量级。

图4是图1示例中高双折射低限制性损耗光子晶体光纤的电场能量随椭圆率η的变化情况。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型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实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

图1是本实施例高双折射光子晶体光纤横截面的结构示意图。光纤包含纤芯和包层部分。基底材料为二氧化硅。包层中含5层呈正六边形排布的空气孔，上下共11层。包层中的空气孔包含大椭圆空气孔1、圆形空气孔2和小椭圆空气孔3，排列方式呈上下对称布设。光纤半径为r；大椭圆与小椭圆空气孔的长半轴长度均为b，短半轴长度分别为a和a₁；圆孔半径为b；纤芯两侧两个小椭圆空气孔之间的间距为2Λ，其余相邻空气孔之间的孔间距均为Λ。所述光纤上半部分的结构为：前4层空气孔为圆形空气孔和大椭圆空气孔交错排列形成，第 1层为6个大椭圆空气孔1，其椭圆率为η₁＝a/b。中间一层共有10个空气孔，左右两端分别有两个大椭圆空气孔1，靠近纤芯左右两侧各一个小椭圆空气孔，其椭圆率为η＝a₁/b，其余均为大小相等的圆形空气孔。通过改变纤芯周围小椭圆空气孔的椭圆率η，可以获得不同的传输特性，以满足不同的通信环境与条件。

本实施例中所述光子晶体光纤结构参数：Λ＝0.87μm，a＝0.35μm，b＝0.4μm，η₁＝0.8， r＝5μm，a₁分别取0.08μm、0.16μm、0.24μm，对应地η分别取0.2、0.4、0.6。相应的高双折射低限制性损耗光子晶体光纤的双折射系数随波长的变化情况以及与部分现有引入椭圆空气孔的光子晶体光纤在1550nm处的双折射系数对比情况如图2所示。观察图2可得到以下结论：

本实用新型所述高双折射低限制性损耗光子晶体光纤双折射系数有明显提高，在常用波长1550nm处，当η＝0.2时，双折射系数高达3.51×10^-2，与图中列出的部分当前已有的性能较优的光子晶体光纤的双折射系数相比有较大提升，双折射系数增大，可以减少传输信号在两个偏振方向上的耦合程度，增加光信号的传输距离。

相应的高双折射低限制性损耗光子晶体光纤快轴和慢轴的限制性损耗随波长的变化情况分别如图3(a)、图3(b)所示。观察图3可得到：

在波长为1550nm处，本实用新型所述光子晶体光纤的两个偏振轴的限制性损耗均低至10^-10dB/m，损耗降低有助于增加光信号传输距离。

当小椭圆的椭圆率η从0.2变化至0.8时，相应的高双折射低限制性损耗光子晶体光纤的电场能量随η的变化情况如图4所示。观察图4可得到：

当椭圆率越大，电场能量越集中于纤芯部分。

以上实施例用于说明本实用新型但不限制本实用新型的保护范围。在阅读了本实用新型的记载的内容之后，技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本实用新型权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种高双折射低限制性损耗光子晶体光纤，其为在以二氧化硅为基底的光纤包层内开设若干空气孔组成的光子晶体光纤结构，包含包层和纤芯；所述包层含五层阵列排列的空气孔，其特征在于，所述纤芯为实心；所述包层中的空气孔整体排列为：整体结构为正六边形阵列，呈上下对称分布；包层上半部分的空气孔排布方式为：前四层空气孔为圆形空气孔和大椭圆空气孔交错排列形成；中间一层左右两端为大椭圆空气孔，靠近纤芯左右两侧分别有一个小椭圆空气孔，其余均为大小相等的圆形空气孔。

2.根据权利要求1所述的一种高双折射低限制性损耗光子晶体光纤，其特征在于，所述包层中圆形空气孔的半径与大椭圆空气孔的长半轴、小椭圆空气孔的长半轴长度相等；相邻两个空气孔之间的孔间距与纤芯左右两侧的小椭圆空气孔中心到光纤中心的距离相等，且取值大于圆形空气孔的直径并小于其1.5倍。

3.根据权利要求1所述的一种高双折射低限制性损耗光子晶体光纤，其特征在于所述位于中间一层左右两端的大椭圆空气孔和靠近纤芯左右两侧的小椭圆空气孔的长轴与所述包层中其余大椭圆空气孔长轴方向垂直。

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