一种高双折射低限制损耗光子晶体光纤，包括纤芯和包层。包层为包围纤芯均匀分布的结构相同的圆形空气孔构成的外围区域，所述的空气孔在光纤背景材料中呈周期性排列，每相邻的三个空气孔构成一个正三角形。所述的纤芯由位于中心部位的背景材料和两个小圆空气孔构成，两个小圆空气孔相外切且直径相等。本发明专利技术通过改变纤芯结构，在一定范围内调整两个小空气孔的直径可以引入高的模式双折射，同时使所述光纤具有很低的限制损耗，在一定波长范围内色散平坦。本发明专利技术的光子晶体光纤结构简单，具有高双折射、低限制损耗、色散平坦的优点，这种结构的PCF可用于制作具有适当色散特性或偏振特性的保偏光纤及相关光纤器件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤
，特别是一种光子晶体光纤。
技术介绍
在理想情况下，单模光纤传输两个相互正交的模式，它们有相同的传播常数，彼此简并，因此可以看成是单一的偏振电矢量。然而，实际的光纤多少会有一些不完善，内部折射率分布也因内部应力的不均匀而导致折射率的不均匀。这就引起两个基模传播常数的变化，从而导致单模光纤中基模偏振态的扰动，破坏了基模的相互简并特性，从而引起模式双折射。保偏光纤则是在光纤的横截面上人为地引入几何各向异性，使得光纤中的两基模的耦合系数减小，进而引起两正交传播常数1与、差的增大，即Λ i3=Uy越大，则模式双折射程度越高。光子晶体光纤(photonic crystal fiber,简称PCF)又称为微结构光纤或 多孔光纤。光子晶体光纤包层中空气孔的特殊排列结构使其呈现出许多在传统光纤中难以实现的特性，如无截止的单模传输、高双折射、高非线性、色散可调节及大模面积等独特性质，成为当前研究的一个热点，并被广泛应用于光传感、光通信及非线性光学等领域。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广泛的应用价值。传统高双折射光纤中，纤芯掺杂有GeO2，在核辐射情况下其传输损耗会增大，核爆耐受力及温度稳定性能低，而高双折射光子晶体光纤是由纯石英材料制作而成，并可设计不同的结构改进光纤性能，具有传统高双折射光纤无法比拟的优越性。高双折射光子晶体光纤的结构设计灵活，通过在包层中引入大小不一的空气孔、改变纤芯或者包层空气孔的形状，都可以得到性能优异的高双折射光子晶体光纤。最早报道设计并制作出具有高双折射光子晶体光纤的文献是2000年光学快报第25卷18期1325-1327页发表的“高双折射光子晶体光纤”(Ortigosa B A, Knight JC, Wadsworth W J et.al. Highly birefringence photonic crystal fiber. OpticsLetter, 2000, 25 (18) : 1325-1327)，文中报道了双折射达3. 7 X10_3的石英双折射光子晶体光纤。其后又有几种采用不同结构设计高双折射光子晶体光纤的报道。(TianxunGong;Feng Luan;Huj D. J. ;Ping Shumj Photonic crystal fibers with high andflattened dispersion. Optics Communications, 2011，284(18):4176-4179)以及(Mishra S Sj Vinod K. Singh, Highly birefringent photonic crystal fiber withlow confinement loss at wavelength I. 55 μ m· Optic，2011，122，1975-1977)等文献报道了不同结构的高双折射光子晶体光纤。以上几种高双折射光子晶体光纤结构均釆用在局部位置增加非对称性的方法来实现的。这类方法获得的双折射一般在10—3量级。要获得更大的双折射，应该通过设计包层本身具有内在各向异性特点的光子晶体光纤的方法来实现。目前国际上已有文献(Sharma Rj Janyani V，Bhatnagar S K, Lowchromatic dispersion and high birefringence investigated in elliptical holephotonic crystal fiber . Journal of modern optics, 2012，59 (3) : 205-212)以及(KimSE,Kim BH, Lee CG, Lee S,Oh K, Kee CS,Elliptical defected core photonic crystalfiber with high birefringence and negative flattened dispersion. OpticsExpress, 2012, 20 (2) : 1385-1391)报道这种结构类型的光子晶体光纤，这种光纤中空气孔采用椭圆型，而空气孔位于正三角形或正方形的网格结点上。由于这种结构本身具有二阶对称性，以此为基础制作的光子晶体光纤就能够具有极高的双折射(可达10_2以上)，并具有可调的色散特性。然而椭圆空心棒难以制作，并且要获得高双折射率差，则需要更高的占空比和更大的椭圆离心率，这更加增大了制作工艺上的困难。因此，目前已制作的椭圆型空气孔光子晶体光纤的双折射在10_4量级，远未达到10_2。
技术实现思路
本专利技术目的是解决现有光子晶体光纤的双折射低下的问题，提供一种结构简单且容易制作的高双折射低限制损耗光子晶体光纤，该光纤的结构本身具有二重旋转对称性，可以获得比现有的双折射型光子晶体光纤更高的双折射，并且限制损耗很低，色散平坦。 本专利技术所述的高双折射低限制损耗光子晶体光纤，包括纤芯和包层；所述光纤的包层与普通光子晶体光纤一致，是由包围纤芯(I)均匀分布且直径均为D的圆形空气孔(4)构成的外围区域，包层折射率低于纤芯(I)部分，所述空气孔(4)在背景材料中呈周期性排列，每相邻的三个空气孔(4)单元在光纤截面上构成一个正三角形。所述光纤的纤芯(I)是由位于光纤中心部位的背景材料(2)和两个直径为d的圆形小空气孔(3)共同构成的高折射率芯区，其中D > d，所述两个小空气孔(3)在背景材料(2)中相外切。所述纤芯(I)的材料与包层的背景材料(2)相同，均为纯石英或聚合物材料。本专利技术的优点和有益效果本专利技术提出了一种结构简单且容易制作的具有高双折射低限制损耗特性的光子晶体光纤结构，该结构通过改变纤芯结构设置，在纤芯处引入两个小的圆空气孔，因此该结构光纤具有二重旋转对称性，正交偏振模式不再简并，表现出很高的双折射。该光子晶体光纤的模式双折射比普通光纤(10_4量级)至少高一个数量级，达到10_3量级，同时，该结构光纤的限制损耗很低(低于10_3dB/km数量级)，在波长1450nm到1590nm之间具有良好的色散平坦特性，并且由于光纤的双折射是通过改变空气孔的几何尺寸实现的，温度的影响很小，稳定性好，因而更适合实际的应用。下面结合附图和实施利对本专利技术进一步说明。附图说明图I为本专利技术光子晶体光纤一个实施例的横截面不意图；图中，(I)纤芯、(2)背景材料、(3)直径为d的圆形小空气孔、(4)直径为D的圆形空气孔、Λ -相邻空气孔的间距。图2是图I实施例光子晶体光纤的模场分布图，其中a是X偏振基模模场的振幅分布图样，b是y偏振基模模场的振幅分布图样；图3是图I实施例光子晶体光纤计算得到的两个正交方向上的模式有效折射率随波长的变化关系图4是图I实施例光子晶体光纤计算得到的两个正交方向上的模式有效折射率差，即双折射B随波长的变化关系图；图5是图I实施例光子晶体光纤计算得到的两个正交方向上的限制损耗随波长的变化关系图；图6是图I实施例光子晶体光纤计算得到的两个正交方向上的色散系数随波长的变化关系图；下面结合附图对本专利技术作进一步的具体说明。具体实施例方式实施例I 一种高双折射低限制损耗光子晶体光纤，横截本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高双折射低限制损耗光子晶体光纤，所述光纤包括纤芯和包层，其特征在于：所述光纤的包层是由包围纤芯（1）均匀分布且直径均为D的圆形空气孔（4）构成的外围区域，包层折射率低于纤芯（1）部分，所述空气孔（4）在背景材料中呈周期性排列，每相邻的三个空气孔（4）单元在光纤截面上构成一个正三角形；所述光纤的纤芯（1）是由位于光纤中心部位的背景材料（2）和两个直径为d的圆形小空气孔（3）共同构成的高折射率芯区，其中D＞d，所述两个小空气孔（3）在背景材料（2）中相外切；所述纤芯（1）的材料与包层的背景材料（2）相同。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曹晔，李荣敏，童峥嵘，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：
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