专利名称：：一种双折射拍长对波长不敏感的多孔光纤的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种多孔光纤，属于光纤通信和光学信号处理领域，尤其涉及多孔光纤的双折射特性以及宽带光纤波片设计领域。
背景技术：
：多孔光纤一般由纯石英纤芯和具有若干个微孔的包层组成，微孔使包层的有效折射率低于纤芯，将光信号束缚在纤芯中传输。不同截面结构的多孔光纤可以具有宽带单模传输、大模场面积、高非线性和可调色散等常规光纤不具备的特性，在光纤传感、光纤激光器、色散补偿等方面有广泛的应用前景。多孔光纤包层截面中微孔的排列分布一般呈六边形对称结构，当微孔为直径均匀一致的圆形时，光纤几乎不存在双折射现象。由于多孔光纤包层等效折射率和纤芯折射率的差值比常规单模光纤大很多，因此可以方便地通过改变其包层截面结构的对称性或均匀性(如将气孔形状改为椭圆或者增大纤芯附近两个气孔的直径)来产生模式双折射。相比熊猫(Panda)、领结(Bow-tie)等内部应力型双折射光纤，环境温度、外部应力等因素对多孔光纤双折射的影响较小。由于截面结构中诸多几何参数都与双折射直接相关，因此多孔光纤的双折射特性具有很高的设计自由度，可以根据器件或系统的具体需要，设计其双折射的波谱特性。四分之一波片是光纤通信和传感系统中的常用器件，其正交偏振相位差为Ji/2，它能起到线/圆偏振态变换的作用。传统的波片采用云母、铁电晶体等各向异性材料制作，不仅加工难度高，而且存在无法与传输光纤直接相接、温度稳定性差、波长带宽小等缺点。拍长是反映光纤双折射大小的参量，它是工作波长与光纤双折射率之比值。对于给定的工作波长，经过一个拍长的光纤长度，正交偏振相位差为2Ji。若将光纤的长度切割为四分之一拍长，则可制作出光纤波片。鉴于双折射多孔光纤的诸多优点，如果将其用于制作光纤波片，就能很好地克服块状光学波片不能直接连接光纤的不足，并改善其温度稳定性和工作带宽。
发明内容本发明的目的是要提供一种双折射拍长对波长不敏感的多孔光纤，这种双折射拍长对波长不敏感的多孔光纤特别适合用于制作宽带光纤波片，可以很好地克服块状光学波片不能直接连接光纤以及温度稳定性差的不足。为达到上述目的，本发明的构想是由于单一缺陷结构产生的双折射随波长的增长斜率往往比波长本身的斜率大得多，为了实现拍长随波长变化的不敏感性，分别将具有负双折射特性的椭圆形微孔包层缺陷结构与具有正双折射特性的圆形微孔缺陷结构相结合，通过正负双折射相互补偿，可以在一定的波长范围内使多孔光纤的拍长值对波长的敏感性降低。通过调节椭圆形微孔的椭圆度以及较大的圆形微孔的直径可以同时调节光纤拍长所处的稳定波长区域以及拍长的大小，使得在1310nm波长附近使双折射率的增减与工作波长的变化几乎保持同步，从而制作出双折射拍长对波长不敏感的多孔光纤。根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案—种双折射拍长对波长不敏感的多孔光纤，包括纤芯和包层，其特征在于所述包层分为内包层和外包层两个区域，内包层区域中有圆形和椭圆形两种形状的微孔呈六边形对称排列分布，紧邻纤芯的两个微孔为圆形微孔，其余微孔为椭圆形微孔。上述两个圆形微孔以纤芯为对称轴呈对称分布，该圆形微孔的直径为2.8m3.2iim，两圆形微孔中心相距为8.0iim10.0iim。上述椭圆形微孔呈六边形对称结构均匀分布在内包层之中，位于纤芯附近两个椭圆形微孔被所述圆形微孔取代，相邻两椭圆形微孔的中心相距为4.0m5.0m，椭圆形微孔的长轴为2.1iim2.3iim，短轴为0.8ym1.2ym。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点本发明的双折射拍长对波长不敏感的多孔光纤中紧邻纤芯的两个微孔为圆形微孔，其余微孔为椭圆形微孔，用做宽带光纤波片时，可以方便地与传输光纤对接，解决块状光学波片不能直接连接光纤的难题，并改善其温度稳定性和工作带宽。图1是本专利设计的多孔光纤端面结构示意图；图2是多孔光纤的双折射率随工作波长的变化曲线；图3是具有不同椭孔短轴dy的多孔光纤的双折射率随波长的变化曲线；图4是具有不同圆孔直径d2的多孔光纤的双折射率随波长的变化曲线；图5是本专利优化设计的三种拍长值分别为图(a)(b)(c)的多孔光纤在1310nm波长窗口的平坦拍长曲线；图6是当dy误差分别为±1%、±2%、±5%如图(a)以及d2误差分别为±1%、±2%如图(b)时，多孔光纤拍长的稳定性曲线具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图详述如下实施例一参见图l，本双折射拍长对波长不敏感的多孔光纤，包括纤芯1和包层，所述包层分为内包层2和外包层3两个区域，内包层2区域中有圆形和椭圆形两种形状的微孔呈六边形对称排列分布，紧邻纤芯1的两个微孔为圆形微孔4，其余微孔为椭圆形微孔5。实施例二本实施例与实施例一相同，特别之处如下述本双折射拍长对波长不敏感的多孔光纤，端面结构如图1所示。其基本参数为相邻微气孔中心间距A=4.4i!m，椭孔长轴dx=2.2m，而短轴dy以及圆孔直径d2是可以优化调控的变量。图2所示是dy=1.1m、d2=3m时多孔光纤的双折射率随波长的变化曲线。图3是d2=3.0m不变情况下dy=1.1、1.0、0.9m时的双折射率变化曲线。图4是dy=0.9m不变情况下d2=2.8、3.0、3.2m时的双折射率变化曲线。从图3可以看出，在圆孔直径不变的条件下，随着椭孔短轴减小，在短波长区域双折射率的值逐渐降低，其增长斜率也不断下降，双折射值到达顶点时所对应的波长也逐渐减小。这些现象都表明dy值的减小使椭孔负值双折射率的作用加强。与之相反，图4中三条曲线说明圆孔直径的增大能够使圆孔正值双折射率的作用加强。因此，同时调节椭孔短轴dy和圆孔直径d2的值不仅能够在1310nm的波长窗口获得稳定的拍长，还可以根据实际需要设计此稳定拍长的大小。为了在指定波长处获得需要的拍长值，应当首先固定dy和4中的一个，通过调节另一个参数使得拍长曲线在所需波长区域达到良好的平坦效果。在实现波长不敏感性的基础上，同时调整dy和d2两个参数就能使拍长值满足设计要求，若要减小拍长值，必须同时减小dy的值并增大d2的值，若要增大拍长值，则应同时增大dy并减小d2。对这两个参数进行优化选择，在1310nm波长窗口获得了三条拍长值各不相同的平坦拍长曲线，如图5所示。在图5(a)中曲线所对应的结构参数的基础上，图6(a)和(b)分别表示当dy误差为±1%、±2%、±5%以及(12误差为±1%、±2%时拍长稳定性的变化情况。表1是不同误差条件下1310nm处的拍长值及对应的1/4光纤波片工作带宽。表1不同误差条件下1310nm处的拍长值及对应的1/4光纤波片工作带宽<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>从表1可以看出，dy以及d2的误差会使多孔光纤1310nm处的拍长值产生一定幅度的偏差。在误差率相同的条件下，d2的误差对拍长值的影响更大。只要将dy以及d2的误差率分别控制在2%和1.5%以下，即可制作出双折射拍长对波长不敏感的多孔光纤，使其制作的1/4光纤波片能够在1310nm中心波长附近具有200nm的工作带宽。权利要求一种双折射拍长对波长不敏感的多孔光纤，包括纤芯(1)和包层，其特征在于所述包层分为内包层(2)和外包层(3)两个区域，内包层(2)区域中有圆形和椭圆形两种形状的微孔呈六边形对称排列分布，紧邻纤芯(1)的两个微孔为圆形微孔(4)，其余微孔为椭圆形微孔(5)。2.根据权利要求1所述的双折射拍长对波长不敏感的多孔光纤，其特征在于所述两个圆形微孔(4)以纤芯(1)为对称轴呈对称分布，该圆形微孔(4)的直径为2.8ym3.2iim，两圆形微孔(4)中心相距为8.0iim10.0iim。3.根据权利要求1所述的双折射拍长对波长不敏感的多孔光纤，其特征在于所述椭圆形微孔(5)呈六边形对称结构均匀分布在内包层(2)之中，位于纤芯(1)附近两个椭圆形微孔被所述圆形微孔(4)取代，相邻两椭圆形微孔(5)的中心相距为4.0iim5.0iim，椭圆形微孔(5)的长轴为2.1iim2.3iim，短轴为0.8ym1.2ym。全文摘要本发明涉及一种双折射拍长对波长不敏感的多孔光纤。它包括纤芯和包层，包层分为内包层和外包层两个区域，内包层区域中有圆形和椭圆形两种形状的微孔，呈六边形对称排列分布，纤芯附近的两个微孔为圆形微孔，其余微孔为椭圆形微孔。同时调节椭孔短轴dy和圆孔直径d2的值不仅能够在特定的波长窗口(如1310nm)获得较为稳定一致的拍长，还可以根据制作光纤波片的实际需要，设计出数值适中的稳定拍长。这种拍长适中且对波长不敏感的双折射多孔光纤特别适于制作集成化、性能稳定的宽带光纤波片，克服块状光学波片不能直接连接光纤的不足，并降低其对温度和波长的敏感度，增大工作带宽。文档编号G02B6/036GK101702043SQ20091019819公开日2010年5月5日申请日期2009年11月3日优先权日2009年11月3日发明者李铭佳,林建强,王立波,石志东,葛泉申请人:上海大学