一种基于硫系玻璃的高双折射光子晶体光纤制造技术

本发明专利技术公开了一种基于硫系玻璃的高双折射光子晶体光纤，包括背景材料及分布在背景材料中的包层，背景材料采用Ge20As20Se14Te46，包层由四层空气孔组成，相邻空气孔的孔间距相同，除第三层的空气孔外其余空气孔直径均相等，设其余空气孔直径为d2，第三层空气孔直径为d1，且d2 >d1。本发明专利技术光纤可获得10‑1的数量级的高双折射，得到高的非线性系数和低的限制损耗，其在偏振控制、非线性光学和超连续谱产生方面具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及双折射光子晶体光纤领域，具体是一种基于硫系玻璃的高双折射光子晶体光纤。
技术介绍
光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)又被称作微结构光纤或多孔光纤，由于其卓越的光学性能和灵活的结构设计，已越来越引起人们的重视和深入的研究。光子晶体光纤具有很多独特的性质，如无限单模传输，高双折射和高非线性，色散平坦特性等，被广泛应用于光纤传感、光通信及非线性光学等领域。在光子晶体光纤的重要特性中，高双折射光纤在传感应用方面及对线偏振光的偏振保持能力方面有重要的应用。光子晶体光纤的结构设计非常灵活，其高双折射主要是通过破坏光纤结构的对称性获得,可以通过引入大小不一的空气孔，也可以改变纤芯或者包层空气孔的形状(如椭圆空气孔,菱形孔)。目前，已有文献报道高双折射可达到10-2量级，但引入特殊形状(椭圆形等特异形状或特殊排列)会加大制作工艺的难度，用目前常用的堆积拉制法难以实现。近年来，非硅材质光纤逐渐成为研究热点，如硫化物玻璃、软玻璃等。硫系玻璃是基于硒、硫、碲，结合砷、锗、锑和镓等元素化合形成的玻璃态物质。相比其他软玻璃，如氟化物玻璃和碲酸盐玻璃，硫系玻璃具有较高的非线性系数，比二氧化硅高两到三个数量级。利用其极高的非线性特性，可用于非线性光学、光器件等领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于硫系玻璃的高双折射光子晶体光纤，以实现高双折射。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种基于硫系玻璃的高双折射光子晶体光纤，包括背景材料及分布在背景材料中的包层，其特征在于：背景材料采用Ge20As20Se14Te46，包层由四层空气孔组成，相邻空气孔的孔间距相同，四层空气孔中，除第三层的空气孔外其余空气孔直径均相等，设其余空气孔直径为d2，第三层空气孔直径为d1，且d2>d1；该 包层结构破坏了常见的六边形阵列均匀空气孔PCF的六重旋转对称性，有利于提高光纤的双折射。所述的一种基于硫系玻璃的高双折射光子晶体光纤，其特征在于：设相邻空气孔的孔间距为Λ，则光纤的结构参数最佳值为：Λ＝0.9μm，d2/Λ＝0.95，d1/Λ＝0.645。本专利技术设计了一种基于硫系玻璃的高双折射光子晶体光纤(PCF)，采用全矢量有限元法(FEM)在宽波长范围内研究了该光纤的有效折射率、拍长、限制损耗、双折射、有效模面积、非线性系数和色散特性，研究数值计算结果表明，该光纤可获得10-1的数量级的高双折射，得到高的非线性系数和低的限制损耗，其在偏振控制、非线性光学和超连续谱产生方面具有广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术结构示意图。图2为模拟所得的三维视图。图3为有效折射率随波长的变化图。图4为双折射和拍长随波长的变化图。图5为限制损耗随波长的变化图。图6为模场面积和非线性随波长的变化曲线图。图7为色散随波长的变化曲线图。具体实施方式如图1所示，一种基于硫系玻璃的高双折射光子晶体光纤，包括背景材料1及分布在背景材料中的包层2，背景材料1采用Ge20As20Se14Te46，包层2由四层空气孔3组成，相邻空气孔的孔间距相同，四层空气孔中，除第三层的空气孔外其余空气孔直径均相等，设其余空气孔直径为d2，第三层空气孔直径为d1，且d2>d1；该包层结构破坏了常见的六边形阵列均匀空气孔PCF的六重旋转对称性，有利于提高光纤的双折射。设相邻空气孔的孔间距为Λ，则光纤的结构参数最佳值为：Λ＝0.9μm，d2/Λ＝0.95，d1/Λ＝0.645。下面采用全矢量有限元分析方法，对本专利技术光纤进行分析。有限元法是分析PCF物理特性的一种较高效的数值方法，适用于不同形状空气孔任意排列的PCF计算，因此，本专利技术采用有限元法并选择完美匹配层吸收边界条件对PCF进行理论计算。有限元法的电磁波方程为： ▿ × ( 1 μ r ▿ × E ) - ( ω c ) 2 ϵ r E = 0 - - - ( 1 ) , ]]>其中，E是电场强度，μr和εr分别为介质的磁导率和相对介电常数，c和ω分别为光在真空中的光速和频率。模式双折射(B)是光纤偏振的重要指标[15]，它是由x和y方向的基模的有效折射率之差决定的，可以表示为： B = | n e f f x - n e f f y | - - - ( 2 ) , ]]>其中，和分别是x和y偏振方向的基模有效折射率。光纤的拍长由下式给出， L b = λ | Δn e f f | - - - ( 3 ) , ]]>光纤的限制损耗是光子晶体光纤的一个重要特性。它表示光在芯区[16]内的限制能力，它可以通过下面的公式来计算：L＝8.686k0Im(neff) (4)，其中Im(neff)是折射率的虚部。色散可以由有效折射率的基本模式计算： D w ( λ ) = ( - λ c ) ( d 2 n e f f dλ 2 ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于硫系玻璃的高双折射光子晶体光纤，包括背景材料及分布在背景材料中的包层，其特征在于：背景材料采用Ge20As20Se14Te46，包层由四层空气孔组成，相邻空气孔的孔间距相同，四层空气孔中，除第三层的空气孔外其余空气孔直径均相等，设其余空气孔直径为d2，第三层空气孔直径为d1，且d2>d1；该包层结构破坏了常见的六边形阵列均匀空气孔PCF的六重旋转对称性，有利于提高光纤的双折射。

【技术特征摘要】
1.一种基于硫系玻璃的高双折射光子晶体光纤，包括背景材料及分布在背景材料中的包层，其特征在于：背景材料采用Ge20As20Se14Te46，包层由四层空气孔组成，相邻空气孔的孔间距相同，四层空气孔中，除第三层的空气孔外其余空气孔直径均相等，设其余空气孔直径为d2，第三层空气孔直径为d1，且d2...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜海明，陈纯，安文斌，王二垒，谢康，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34