具有偏振保持性能的低损耗全固光子带隙光纤制造技术

本发明专利技术涉及具有偏振保持性能的低损耗全固光子带隙光纤，它包括芯区和包层区，光纤包层区的背景材料具有一定的折射率ｎ０，高掺杂材料折射率为ｎ２的基本单元分布在包层的规则网格结点上，每个基本单元的高掺杂区周围包裹着至少一层低折射率ｎ１的环带形区域，且光纤的芯区的中心位于光纤端面的中心，并沿光纤长度方向延伸；光纤芯区的形状是非圆对称的，并具备轴对称特点，对称轴过芯区中心。所述芯区的结构由光纤正中心的基本单元和以正中心的基本单元为中心对称分布的两个或四个基本单元组成。本发明专利技术的全固光子带隙光纤既具备低的限制损耗、弯曲损耗，又具备偏振保持的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有低传输损耗的具有偏振保持能力的全固光子带隙光纤，属于光波导领域。
技术介绍
光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber, PCF)又被称为微结构光纤 (Microstructure Optical Fiber, M0F)或多孑L光纤(Holey Fiber, HF)，是一禾中近十余年 来引起全世界相关领域科技工作者广泛关注和研究的新型光纤，其横截面上有较复杂的折射率分布，通常这类光纤的包层区含有一种 或几种按一定形式排列的贯穿整根光纤的气孔，这些气孔的尺度与光纤传输所使用波长大 致在同一数量级，光波被限制在其芯区传播。根据导光机制的不同，光子晶体光纤可以分 为两大类:全内反射导光型(Total InternalReflection， TIR)和光子带隙导光型(Photonic Band Gap, PBG)。 近年来的研究发现在 全固体的光纤中不仅能实现光子带隙型导光的机制，而且能设计制作出传输损耗非常小 (小于2dB/km)、边带消光比很大的此类特殊光纤，这就是全固光子带隙光纤(All-solid Photonic Band-g即Fiber)。在该类光纤的横截面上，在低的折射率背景材料上规则地排 列着高掺杂的掺杂单元，称为基本单元，该基本单元内除了高掺杂的材料，也可以辅以低折 射率材料等。这种光纤的芯区由缺失一个或多个基本单元形成。相对空芯的光子带隙光纤， 这种全固光子带隙光纤不仅拥有光子带隙型光纤的特征传输谱，而且还能方便地对其带隙 位置进行设计和移动，更为重要的它还是全固体的结构。因此此类光纤可以很方便地应用 于光子
的各类光器件，如芯区进行稀土掺杂而应用于光纤激光器和放大器，另外 滤波、高功率传输、光纤光栅等领域亦有重要应用。在实际使用中，相对于带有空气孔的光 纤而言，该类光纤在光纤熔接，连接头打磨加工等工序将十分简便。 专利CN1945363A描述了一种低损耗限制损耗和弯曲损耗的全固体带隙光纤，光 纤不但具备带隙型的传输谱特征，而且把一阶带隙移到了 1550nm波段，并实现了较低的传 输损耗。但是该专利提到的光纤不具备偏振保持性能。 美国专利US7349611B2描述了一种全固体的光子带隙光纤，光纤端面上按设定的 方式排列着一系列高折射率掺杂区，这些高掺杂区把芯区围在中间。芯区一般为纯硅材料， 也可以以一定的剖面设计进行少量高掺杂。其它光纤端面的任何区域均为背景材料，一般 为纯二氧化硅材料。这种设计可以实现光子带隙特征的传输特性，但是由于周期性的掺杂 基本单元只是高折射率材料，这使得他们在轻微的弯曲状态下，带隙也就很容易受到干扰， 甚至不复存在；另外带隙的宽度也很有限。 美国公开专利US20090168149A1描述了一种芯区掺杂稀土元素的双包层光纤，光 纤的外包层为空气包层，即用一圈空气填充率很高的气孔围成一圈作为包层，或者对包层 的掺杂单元的折射率、排列方式进行不同的布置以达到不同的功能。对芯区可采用不同的 形状以及折射率剖面的设计，并进行稀土离子的掺杂，最终利用光子带隙效应实现对激光 波长实现选择性抑致。这里提到的光纤不是全固体结构的，为了优化光纤的弯曲性能，以及 实现包层泵浦的波导结构，设计上在光纤端面上加入一圈空气孔作为限制包层泵浦光的包 层。 保偏光纤在光通信、光信号检测和处理等领域有很多重要应用。最初主要应用于 光纤传感，之后在光纤放大器、激光器，特别是以光纤陀螺仪为代表的惯性制导领域获得了 广泛的应用。近年来随着光纤技术的发展，人们不断地将光子晶体光纤技术应用到各个光 纤技术层面，利用光子晶体光纤的概念和设计方法、制作方法进行了系列特种功能光纤的 设计制作，例如保偏型的光子晶体光纤。最初报道(Opt. Lett. 25(18) 1325 1327,2000) 了拍长为0. 4mm的石英系保偏光子晶体光纤。这种包含大量空气孔的光子晶体光纤可以达 到很高的双折射，但是实际使用起来的却有着诸多不便，这是由于其端面上大量存在的空 气孔的存在导致光纤端面容易受到污染，这使得该类光纤的测试、应用当中比较困难，对耦 合技术的要求很高。 如果利用全固光子带隙光纤的设计方法进行保偏光纤的设计制作，将从根本上解 决以上问题。最终的保偏光子晶体光纤(也就是保偏全固光子带隙光纤)可以如同普通光 纤那样的全固体结构方便实际使用，同时也可以利用光子晶体光纤设计带来的光子带隙效 应限制光波于光纤的芯区，可以使得光纤的传输谱呈现带状的通带结构，即光纤可低损耗 传导的光波段在电磁波谱上呈现不连续的分布，满足实际应用的特殊要求。同时，本专利技术为 开发全固体的保偏光子带隙光纤提供了一个新的思路。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有偏振保持性能的低损耗全固光子带隙光纤，通过对 包层光子带隙的设计和芯区的设计，使得光纤既具备低的限制损耗、弯曲损耗，又具备偏振 保持的性能。 本专利技术基于独特的包层周期性单元高掺杂单元周围引入折射率下陷的设计有效 的改善了光纤的弯曲性能，从而有效降低了光纤的衰减；全固体化的结构保证该光纤在实 际使用过程中简便性。 本专利技术分别采用形状双折射和应力双折射的方式对该光子带隙光纤的结构进行 设计，并分别阐述这两种设计的优势。采用形状双折射的设计的光纤特点可以归纳为以下 两点1、可以实现纯硅芯的保偏结构，以利于所述光纤抗辐射性能和温度稳定性的提高。2、 易于制作，应力掺杂单元通常制造难度较高，对于其应用到光子带隙光纤中，需要事先制作 好应力预制棒，并把应力预制棒拉制为直径细小的丝状细棒，而应力预制棒由于内部存在 较大应力，所以极易破损、爆裂，因此这些工艺处理环节需要很高的拉制技术水平，同时对 光子晶体预制棒的制作也提出了很高要求。应力双折射的设计的光纤好处可归纳为1、易 获得较高的双折射，并且该双折射随波长变化较小。2、易获得较大的模场面积。 本专利技术的技术方案实现方式 具有偏振保持性能的低损耗全固光子带隙光纤，它包括芯区和包层区，光纤包层 区的背景材料具有一定的折射率n。，高掺杂材料折射率为n2的基本单元分布在包层的规则 网格结点上，构成以芯区中心为中心的周期性排布方式，每个基本单元的高掺杂区周围包裹着至少一层低折射率&的环带形区域，且^^ ^ L5% 2 _03%，其特征是光纤的芯区的中心位于光纤端面的中心，并沿光纤长度方向延伸；光纤芯区的形状是非圆对称的，并具备轴对称特点，对称轴过芯区中心，所述芯区的结构由光纤正中心的基本单元和以正中心的基本单元为中心对称分布的两个或四个基本单元组成。 所述芯区的材料为固体，并具有一定的折射率分布，或者为均匀材料。 所述芯区的结构构成如下光纤正中心的基本单元和以正中心的基本单元为中心对称分布的两个基本单元被背景材料、掺氟玻璃材料或者稀土掺杂材料替代而形成。所述芯区的结构如下光纤正中心的一个基本单元被背景材料、掺氟玻璃材料或者稀土掺杂材料替代而形成；以正中心的基本单元对称分布的两个基本单元被应力掺杂材料替代而成。 所述芯区的结构如下光纤正中心和以正中心的基本单元为中心对称分布的四个 基本单元被背景材料、掺氟玻璃材料或者稀土掺杂材料替代而形成。 光纤正中心一个基本单元被背景材料、掺氟玻璃材料或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有偏振保持性能的低损耗全固光子带隙光纤，它包括芯区和包层区，光纤包层区的背景材料具有一定的折射率ｎ↓［０］，高掺杂材料折射率为ｎ↓［２］的基本单元分布在包层的规则网格结点上，构成以芯区中心为中心的周期性排布方式，每个基本单元的高掺杂区周围包裹着至少一层低折射率ｎ↓［１］的环带形区域，且（ｎ↓［２］－ｎ↓［０］）／ｎ↓［０］≥１．５％，（ｎ↓［１］－ｎ↓［０］）／ｎ↓［０］≤－０．３％，光纤的芯区的中心位于光纤端面的中心，并沿光纤长度方向延伸；其特征是：光纤芯区的形状是非圆对称的，并具备轴对称特点，对称轴过芯区中心，所述芯区的结构由光纤正中心的基本单元和以正中心的基本单元为中心对称分布的两个或四个基本单元组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韦会峰，陈苏，郭江涛，童维军，张方海，韩庆荣，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]