一種高雙折射色散可調(diào)光子晶體光纖的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光子晶體光纖領(lǐng)域，尤其涉及一種高雙折射、低限制損耗且色散可調(diào) 的光子晶體光纖。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的光子晶體光纖，通常由二氧化硅缺陷纖芯和一系列周期性空氣孔排列的包 層組成。包層的有效折射率可以看作是空氣孔和二氧化硅背景材料的平均值，由于纖芯折 射率大于包層折射率，光信號可以通過全內(nèi)反射的形式在缺陷纖芯中傳導(dǎo)。
[0003] 在纖維光學(xué)中，高雙折射可以有效地減小偏振耦合來保持光信號的線性偏振態(tài)。 傳統(tǒng)的保偏光纖通過在光纖中引入應(yīng)力或幾何不對稱性產(chǎn)生雙折射，通常產(chǎn)生的雙折射小 (約ΚΓ 4)、制作工藝復(fù)雜且穩(wěn)定性差；光子晶體光纖因其結(jié)構(gòu)靈活可控的優(yōu)點，使用單一材 料就可以產(chǎn)生極高的雙折射，滿足偏振依賴光學(xué)系統(tǒng)的進(jìn)一步需求，近年來被廣泛地研宄。 2〇〇〇年英國Bath大學(xué)采用減少一排空氣孔的方法制作出了首根高雙折射光子晶體光纖， 獲得了高達(dá) 3.7ΧΚΓ3 的雙折射（Blanch A 0· Opt Lett 2000; 25:1325-1327·)。隨后接 連出現(xiàn)多種方法實現(xiàn)光纖的非對稱性結(jié)構(gòu)，其中矩形柵格結(jié)構(gòu)被認(rèn)為比三角形柵格結(jié)構(gòu)和 蜂巢柵格結(jié)構(gòu)具備潛在的更強(qiáng)的各向異性（Chen M Y. Opt A 2004; 6:997-1000. XA. H. Bouk等人驗證了傳統(tǒng)矩形柵格光子晶光纖具備KT3量級的高雙折射，并在波長I. 55Mffl處 獲得了負(fù)色散和負(fù)色散斜率（Bouk A H. Opt Express 2004; 12:941-946. )。2009年韓國 朝鮮大學(xué)通過在傳統(tǒng)矩形柵格光子晶體光纖中相鄰兩行的每隔一個空氣孔之間插入一個 新的空氣孔形成新型的光子晶體光纖（Kim S. Opt Lett 2009; 17:7952)，理論研宄表明 該光子晶體光纖的雙折射比傳統(tǒng)矩形柵格光子晶體光纖高一個數(shù)量級，并且通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu) 參數(shù)可獲得-275ps/km · nm的大負(fù)色散，但還是滿足不了光學(xué)的進(jìn)一步需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的，在于提供一種高雙折射、低限制損耗且色散可調(diào)的光子晶體光纖。
[0005] 為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是： 一種高雙折射色散可調(diào)光子晶體光纖，包括基底材料、纖芯和介質(zhì)孔，基底材料填充在 介質(zhì)孔周圍，所述介質(zhì)孔包括矩形排列介質(zhì)孔和正三角形柵格排列介質(zhì)孔，纖芯、矩形排列 介質(zhì)孔和正三角形柵格排列介質(zhì)孔由內(nèi)至外分布； 定義光纖端面的中心為圓心，X軸與矩形排列介質(zhì)孔所對應(yīng)矩形的長邊方向平行，Y軸 與矩形排列介質(zhì)孔所對應(yīng)矩形的短邊方向平行，且X軸和Y軸均經(jīng)過圓心，所述纖芯、矩形 排列介質(zhì)孔和正三角形柵格排列介質(zhì)孔分別關(guān)于圓心對稱，矩形的長邊有五個介質(zhì)孔，短 邊有三個介質(zhì)孔，正三角形柵格排列介質(zhì)孔中與矩形的長邊的第二和第四個介質(zhì)孔在Y軸 方向相鄰的位置無介質(zhì)孔； 其中，矩形的長邊方向相鄰孔間距和正三角形柵格排列介質(zhì)孔的相鄰孔間距相等，矩 形的短邊方向相鄰介質(zhì)孔間距與長邊方向相鄰介質(zhì)孔間距的比值為#，且X軸上矩形排 列介質(zhì)孔和其相鄰的正三角形柵格排列介質(zhì)孔的間距與矩形的長邊方向相鄰介質(zhì)孔間距 相等，Y軸上矩形排列介質(zhì)孔和其相鄰的正三角形柵格排列介質(zhì)孔的間距與矩形的短邊方 向相鄰介質(zhì)孔間距相等。
[0006] 進(jìn)一步的，所述介質(zhì)孔是空氣孔。
[0007] 進(jìn)一步的，所述介質(zhì)孔是由高折射率材料填充的介質(zhì)孔。
[0008] 進(jìn)一步的，所述介質(zhì)孔形狀是圓形或橢圓形。
[0009] 進(jìn)一步的，所述介質(zhì)孔在光纖端面的水平對稱軸上的數(shù)目為6-18個。
[0010] 進(jìn)一步的，光纖的基底材料采用純石英、硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃、碲化物玻璃、硫 化物玻璃、氟化物玻璃或聚合物材料。
[0011] 采用上述方案后，本發(fā)明采用正三角形柵格排列介質(zhì)孔和矩形排列介質(zhì)孔的分 布，實現(xiàn)高雙折射、低限制損耗且色散可調(diào)的光子晶體光纖。
【附圖說明】
[0012] 圖Ia為具體實施例的高雙折射色散可調(diào)光子晶體光纖的橫截面示意圖。
[0013] 圖Ib為圖Ia虛框內(nèi)的矩形排列介質(zhì)孔的結(jié)構(gòu)放大圖。
[0014] 圖2a為當(dāng)基質(zhì)材料和纖芯同為純石英且Λ=1 μ m、d/Λ=〇. 8時，雙折射隨波長的 變化曲線圖。
[0015] 圖2b為當(dāng)基質(zhì)材料和纖芯同為純石英且Λ=1 μ m、d/Λ =0. 8時，本發(fā)明的基模X、 Y偏振方向的限制損耗隨波長的變化曲線圖。
[0016] 圖3a為當(dāng)基質(zhì)材料和纖芯同為純石英且Λ=〇. 8 μ m、d/Λ=〇. 8時，本發(fā)明的基模 X、Y偏振方向的色散參數(shù)隨波長的變化曲線圖。
[0017] 圖3b為當(dāng)基質(zhì)材料和纖芯同為純石英且Λ =1.2 μ m、d/Λ =0.7時基模X、Y偏振方 向的色散參數(shù)隨波長的變化曲線圖。
[0018] 圖4a為當(dāng)基質(zhì)材料和纖芯同為蹄酸鹽且Λ =2. 0 μ m、d/Λ =0. 8時，本發(fā)明的雙折 射隨波長的變化曲線圖。
[0019] 圖4b為當(dāng)基質(zhì)材料和纖芯同為碲酸鹽且Λ =2.0 μ m、d/Λ =0.8時，本發(fā)明的基模 X、Y偏振方向的色散參數(shù)隨波長的變化曲線圖。
[0020] 圖5a為當(dāng)基質(zhì)材料和纖芯同為聚甲基丙稀酸甲醋且Λ=1. 0 μηι、d/A=〇. 8時，本 發(fā)明的雙折射隨波長的變化曲線圖。
[0021] 圖5b為當(dāng)基質(zhì)材料和纖芯同為聚甲基丙稀酸甲醋且A=L 〇 μηι、d/A=〇. 8時，本 發(fā)明的基模X、Y偏振方向的色散參數(shù)隨波長的變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0022] 以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023] 如圖Ia所示，一種高雙折射色散可調(diào)光子晶體光纖包括基底材料1、纖芯2和介質(zhì) 孔〇,基底材料1填充在介質(zhì)孔〇周圍，所述介質(zhì)孔〇包括矩形排列介質(zhì)孔3和正三角形柵 格排列介質(zhì)孔4,纖芯2、矩形排列介質(zhì)孔3和正三角形柵格排列介質(zhì)孔4由內(nèi)至外分布。
[0024] 定義光纖端面的中心為圓心，X軸與矩形排列介質(zhì)孔3所對應(yīng)矩形的長邊方向平 行，Y軸與矩形排列介質(zhì)孔3所對應(yīng)矩形的短邊方向平行，且X軸和Y軸均經(jīng)過圓心，所述纖 芯2、矩形排列介質(zhì)孔3和正三角形柵格排列介質(zhì)孔4分別關(guān)于圓心對稱，矩形的長邊有五 個介質(zhì)孔，短邊有三個介質(zhì)孔，正三角形柵格排列介質(zhì)孔4中與矩形的長邊的第二和第四 個介質(zhì)孔在Y軸方向相鄰的位置無介質(zhì)孔；其中，矩形的長邊方向相鄰孔間距和正三角形 柵格排列介質(zhì)孔4的相鄰孔間距相等，矩形的短邊方向相鄰介質(zhì)孔間距與長邊方向相鄰介 質(zhì)孔間距的比值為f，且X軸上矩形排列介質(zhì)孔3和其相鄰的正三角形柵格排列介質(zhì)孔4 的間距與矩形的長邊方向相鄰介質(zhì)孔間距相等，Y軸上矩形排列介質(zhì)孔和其相鄰的正三角 形柵格排列介質(zhì)孔4的間距與矩形的短邊方向相鄰介質(zhì)孔間距相等。
[0025] 如圖la、Ib所示，光纖的介質(zhì)孔0是圓形空氣孔，孔直徑為d，三角形柵格排列空氣 孔的相鄰孔間距為Λ，矩形排列空氣孔3所對應(yīng)矩形的短邊方向相鄰空氣孔間距為A1，并 且介質(zhì)孔在光纖端面的水平對稱軸上的數(shù)目為10個。
[0026] 根據(jù)所述光纖的基底材料和纖芯的材料的不同，分別給出以下三個實施例： 實施例1 :所述光纖的基底材料1和纖芯2同為純石英。
[0027] 如圖2a、2b所示，可以看出本發(fā)明雙折射和限制損耗特性。雙折射光子晶體光 纖作為一種特種光纖，其應(yīng)用早已超出了光通信的范疇，在光纖激光器、光纖傳感、集成光 學(xué)信息處理等領(lǐng)域也發(fā)揮出重要的作用，同時，低的限制損耗是光纖器件性能中至關(guān)重 要的因素。當(dāng)A=I ym、d