一种圆形椭圆形混合空气孔阵列的单模单偏振光子晶体光纤制造技术

本专利设计了一种新型圆形椭圆形混合空气孔阵列的单模单偏振光子晶体光纤。该光纤内包层由圆形空气孔呈正方形阵列排列，外包层由三层椭圆形空气孔呈六角形阵列排列。本专利提出在光子晶体光纤结构中引入圆形椭圆形空气孔混合阵列实现了宽带宽、色散平坦单模单偏振的运用；该光纤能够在入射光波长1.193μm至1.384μm范围内，该光纤呈现出宽带宽色散平坦特性，使其在超连续谱产生、脉冲传输、光传输等领域具有广阔应用前景。该光纤具有500nm范围的负色散区域，可以用于常规光纤长波长波段的色散补偿。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利申请涉及一种单模单偏振光子晶体光纤结构，具体涉及一种圆形椭圆形混合空气孔阵列的单模单偏振光子晶体光纤，可广泛应用于非线性光学、光通信、传感等领域。
技术介绍
自1996年英国科技工作者研制出第一条光子晶体光纤以来[lJ.C.Knight，et al，Opt. Lett. 1996,21(19) 1547 1549.]，光子晶体光纤以其结构设计灵活、具有普通光纤无法比拟的突出优点等特性得到了科技工作者的广泛关注和深入研究[I ；2J. C. Knight，et al, Science，1998，282 1476 1478 ;3P.St. J. Russell，Science，2003，299 358 362.]，并使得光子晶体光纤广泛应用于非线性光学、光通信、传感等领域，应用前景异常广阔。近年来，通过合理地改变光子晶体光纤设计结构，可以在一定带宽范围内成功实现单模单偏振运作。单模单偏振光子晶体光纤能够有效消除偏振模色散和偏振模式耦合，在高功率光纤激光器、传感、光通信等各种领域得到了密切关注和广泛应用。相关研究小组相继研究了单模单偏振光子晶体光纤，在1550nm波段附近50nm带宽内实现了单模单偏振运用[4Daniel A. Nolan, et al, Opt. Lett. 2004,29(16) :1855 1857.]，在波长 727nm 附近 220nm 带宽范围实现单偏振运作[5J. R. Folkenberg et al. Opt. Lett. 2005,30(12) : 1446 1448.]，在1300nm波段84. 7nm带宽和1550nm波段103. 5nm带宽范围实现了单模单偏振运作[6Jian Ju, et al. J. Lightwave Technol. 2006,24(2) :825 830·],实现了从 460nm 带宽的单模单偏振运作[7Fangdi Zhang et al. J. LightwaveTechnol. 2007,25(5) :1184 1189.],实现了 560nm 带宽的单模单偏振运作[8Ming_Yang Chen etal.J. Lightwave Technol. 2010, 28 (10) :1443 1446.],实现了 250nm 带宽的单模单偏振运作[9Dora Juan Juan Hu, et al. Appl. Opt. 2009,48 (20) :4038 4043.],低损耗单模单偏振运用带宽为 120nm[IOKunimasa Saitoh et al, IEEE Photonics Technology Letters,2003,15(10) :1384 1386.]，研究了 600nm 带宽的单模单偏振运作[IIHongjun Zheng etal. Optical Engineering, 2011, 50 (12)，125003-1 6·]。本文提出了一种新型的圆形、椭圆形空气孔混合点阵包层的光子晶体光纤，目的在于实现更宽带宽的单模单偏振运作、色散平坦、负色散等特性，从而为光子晶体传输光纤及其相关器件等实用化提供理论支持，以弥补以往文献研究中单模单偏振光纤在更宽带宽方面和未涉及色散等方面的不足；并采用全矢量有限元方法和完美匹配层边界条件研究了所提出的单模单偏振光子晶体光纤的单偏振、色散平坦、负色散等特性随入射光波长变化情况。
技术实现思路
本专利申请提出了一种圆形椭圆形混合空气孔阵列的单模单偏振光子晶体光纤，实现了更宽带宽、色散平坦的单模单偏振运作，从而为光纤偏振器、光子晶体传输光纤等实用化提供了支持，以补充上述文献研究在带宽方面和未涉及色散等方面的不足；并给出了所提出的单模单偏振光子晶体光纤的各种特性及各种参量随入射波长变化规律。本专利申请解决其技术问题所采用的技术方案是本专利申请提出的单模单偏振光子晶体光纤横截面整体上是由纯二氧化硅基质和圆形、椭圆空气孔点阵组成，光纤内包层由圆形空气孔呈正方形阵列排列，外包层由三层椭圆形空气孔呈六角形阵列排列。包层六角形格子椭圆空气孔点阵使得光纤具有单模双折射特性，确保了 X偏振模的限制损耗足够小，增加了 y偏振模的限制损耗，使y偏振模得到足够的衰减，从而实现单模单偏振运用。内包层圆形空气孔点阵使光纤具有较低的色散。本专利申请的有益效果是实现了宽带宽单模单偏振的运用；在入射光波长I. 193μπι至I. 384μπι范围内，该光纤呈现出宽带宽、色散平坦特性和较大的双折射特性，使其在光传输等领域具有广阔应用前景。该光纤具有500nm范围的负色散区域，可以用于常规光纤长波长波段的色散补 \-ΖΧ ο附图说明图I是本专利申请光子晶体光纤的横截面示意图。图2是入射光波长I. 550μηι时χ和y偏振模的电场分布，箭头表不偏振方向；横向箭头表征X偏振模电场(a),纵向箭头表征I偏振模电场(b)。图3所示是单模单偏振光子晶体光纤的有效折射率和模式双折射随入射光波长的变化。图3 (a)中带小圆圈和小方块的实线分别表示χ和y偏振模的有效折射率随入射光波长的变化，图3 (b)中带小三角形的实线表示模式双折射(即y和χ偏振模的有效折射率之差)随入射光波长的变化。图4所示是限制损耗及其差值随入射光波长的变化。图4(a)中带小圆圈和小方块的实线分别是X和I偏振模的限制损耗随入射光波长的变化，图中采用半对数坐标；图4(b)中实线是y偏振模和χ偏振模的限制损耗差值随入射光波长的变化，图中限制损耗差值采用半对数坐标。图5所示是单模单偏振光子晶体光纤色散随入射光波长的变化。具体实施方式以下结合附图和实施对本专利申请进一步说明。图I是单模单偏振光子晶体光纤的横截面示意图。该光纤整体上是由纯二氧化硅基质和圆形与椭圆形空气孔组成。光纤内包层由圆形空气孔呈正方形阵列排列，外包层由三层椭圆形空气孔呈六角形阵列排列。包层六角形格子椭圆空气孔点阵使得光纤具有单模双折射特性，确保了 X偏振模的限制损耗足够小，增加了 y偏振模的限制损耗，使y偏振模得到足够的衰减，从而实现单模单偏振运用。内包层圆形空气孔点阵使光纤具有较低的色散。图中灰色区域是纯二氧化硅，白色的圆和椭圆表示空气孔，外围的实线矩形区域表示完美匹配层边界。圆形空气孔的半径a = 0.45μπι，圆形空气孔的间隔为Al = Ι.Ομπι。大椭圆空气孔沿X和y轴的半径分别表示为a和b，空气孔的间隔为Λ2= I. 8 μ m，椭圆比率为η = b/a = 2。其中，a = O. 45,b = 2a = O. 9 μ m。二氧化娃和空气孔的折射率分别是I.45和I。在光纤中传输电磁场的模场特性可以通过改变这些空气孔的形状和空间分布来改变。图2是入射光波长I. 550μηι时χ和y偏振模的电场分布，箭头表不偏振方向；横向箭头表示χ偏振模(a)，纵向箭头表示y偏振模(b)。从图2可以看到，两个偏振模的电场关于光纤中心χ轴和y轴是对称分布的，χ偏振模电场向包层的扩展明显比y偏振模电场向包层的扩展要小得多。这表明y偏振模的限制损耗比χ偏振模的限制损耗大得多。此时，模式双折射为I. 458X 10—2，拍长为O. 106mm ;x和y偏振模的限制损耗分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
设计了一种圆形椭圆形空气孔混合阵列的单模单偏振光子晶体光纤，该光纤内包层由圆形空气孔呈正方形阵列排列，外包层由三层椭圆形空气孔呈六角形阵列排列，其特征是横截面整体上是由纯二氧化硅基质、圆形空气孔正方形阵列、三环椭圆形空气孔六角形点阵组成。

【技术特征摘要】
1.设计了一种圆形椭圆形空气孔混合阵列的单模单偏振光子晶体光纤，该光纤内包层由圆形空气孔呈正方形阵列排列，外包层由三层椭圆形空气孔呈六角形阵列排列，其特征是横截面整体上是由纯二氧化硅基质、圆形空气孔正方形阵列、三环椭圆形空气孔六角形点阵组成。2.根据权利要求I所述的单模单偏振光子晶体光纤，其特征在于所述光纤的六角形格子椭圆空气孔点阵中，椭圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎昕，郑宏军，刘山亮，
申请(专利权)人：聊城大学，
类型：实用新型
国别省市：