一种高双折射低损耗光子晶体光纤的制作方法
【专利摘要】一种高双折射低损耗光子晶体光纤，包括纤芯和包层，纤芯由光纤中心部位的背景材料、四个圆孔a和两个圆孔b共同构成的纤芯高折射率区域，其在纤芯处呈两个圆孔a夹一个圆孔b的两列并行排列的微结构纤芯；包层为包围纤芯且直径相同且呈正八边形周期性排列的圆形空气孔构成的区域共四层，最内层圆形空气孔与四个圆孔a外切。本发明的优点是：该光纤引入微结构纤芯，具有二维旋转对称性，模式双折性能高，比普通的光子晶体光纤高出一个数量级达到10-1；该光纤的限制损耗超低为10-6dB/km量级，适用作制作色散补偿光纤；选用As2Se3作为背景材料，具有大的负色散特性，性能更加优秀且易于操作。
【专利说明】一种高双折射低损耗光子晶体光纤
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤通信【技术领域】，特别是一种高双折射低损耗光子晶体光纤。
【背景技术】
[0002]光子晶体光纤是一种带有缺陷的二维光波导，由在轴向方向具有周期性微结构空气孔排列的石英材料构成，通过微小空气孔对光的约束，实现光的传导。
[0003]与传统光纤相比，光子晶体光纤拥有其无法比拟的特性:无截止单模特性、高非线性、高双折射特性、色散可调特性等。
[0004]模式的双折射是衡量保偏光纤性能的重要参数，它是由光纤两个正交方向上的等效折射率差的不同而产生的，因而增大二者的折射率只差可以有效的迅速增大双折射，提高光纤的保偏性能。
[0005]高双折射光子晶体光纤能够被广泛的应用于激光器以及其他光学精密仪器的制造。由于高双折射特性能够很大程度上影响光学器件的性能，因而其设计及参数优化是现阶段研究的热点，包层形状及空气孔形状种类繁多。目前已报道的高双折射光子晶体光纤主要分为以下几类:1)在纤芯附近引入局部非对称；2)具有各项异性的包层；3)在包层掺杂聚合物等；4)具有微结构纤芯。
[0006]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”，参见:0rtigosa B A, Knight JC，Wadsworth W J et.al.Highly birefringence photonic crystal fiber [J].0pticsLetter, 2000, 25 (18):1325-1327,文中报道了双折射达3.7X 10_3的石英双折射光子晶体光纤。2010年，张美艳设计了一种基于微结构的矩形和椭圆纤芯的光子晶体光纤，通过调整孔径以及微结构纤芯的参数，能够有效优化光纤的性能。2012年，So Eun Kim提出在包层是椭圆孔结构的纤芯引入一个小椭圆孔，通过优化光纤的结构参数，双折射达1.94X10_2，限制损耗达0.1 dB/km。
[0007]当如，基于新的背景材料诸如硫化物、締酸盐等的光子晶体光纤引起了极大的兴趣，新材料的低损耗以及硫化物特有的大负色散特性使得光子晶体光纤的设计和制作有了更大的可能性，设计出同时具有高双折射、低损耗以及大的负色散特性的光子晶体光纤成为了可能，其能够良好的用于制作色散补偿光纤。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是解决目前已有的光子晶体光纤双折射较低同时损耗较大的问题，提供一种结构相对简单并且易于制作的高双折射低损耗光子晶体光纤，该光子晶体光纤采用了八边形包层并且引入了纤芯微结构，具有比现有的光子晶体光纤更高的双折射；采用了新的背景材料As2Se3，使得光纤拥有更低的限制损耗并且可以有很大的负色散，因而可以用作制作色散补偿光纤。
[0009]本发明的技术方案:一种高双折射低损耗光子晶体光纤，包括纤芯和包层，包层折射率低于纤芯；纤芯由光纤中心部位的背景材料As2Se3、四个圆孔a和两个圆孔b共同构成的纤芯高折射率区域，其中圆孔a的直径大于圆孔b的直径，四个圆孔a和两个圆孔b在纤芯处呈两个圆孔a夹一个圆孔b的两列并行排列的微结构纤芯；包层为包围纤芯且直径相同且呈正八边形周期性排列的圆形空气孔构成的区域，周期性排列的圆形空气孔共四层，最内层圆形空气孔与四个圆孔a外切。
[0010]所述圆孔a的直径为0.56 μ m、圆孔b的直径为0.44 μ m ;圆形空气孔的直径为I μ m、空气孔的间距为1.5 μ m ;两列并行排列圆孔的中心距为0.87 μ m。
[0011]一种所述高双折射低损耗光子晶体光纤的制备方法，步骤如下:
O将一根直径为3mm的As2Se3M料棒研磨成正八棱柱并沿轴线方向钻一个直径为1.6mm的孔,然后将其放在光纤拉丝塔上拉制成直径为0.08mm的正八棱柱丝,拉丝温度为1800-2000°C ；
2)把上述正八棱柱丝切成长度为25mm的柱丝，然后堆积需要的晶体结构，将其再一次放到光纤拉丝塔中熔合、拉伸制成空气孔间距为1.5μπι，得到更细的纤丝；
3)将上述纤丝堆积成八边形结构，中心用直径相同的实心柱替换，对实心柱采用超声波打孔法来完成微结构纤芯的制作。
[0012]一种所述高双折射低损耗光子晶体光纤的应用，用作制作色散补偿光纤。
[0013]本发明的优点和有益效果
本发明提出了一种结构相对简单并且易于制作的高双折射低损耗光子晶体光纤，通过引入纤芯微结构，在纤芯处设置了两列并行排列的三小圆结构，该结构具有二维旋转对称性，表现出很高的模式双折；该光子晶体光纤的模式双折射比普通的光子晶体光纤(10_2量级)高出一个数量级，达到?ο—1量级，同时该光纤的限制损耗超低为10_6dB/km量级；该光纤由于选用As2Se3作为背景材料，因而具有大的负色散特性，；性能更加优秀且适用于实际操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为该光子晶体光纤的截面结构示意图。
[0015]图中:1.圆孔a 2.圆孔b 3.圆形空气孔 4.背景材料5.纤芯
图2为该光子晶体光纤计算得到的两个正交方向上的模式折射率之差，即双折射随波长的变化关系图。
[0016]图3为该光子晶体光纤计算得到的限制损耗随波长的变化关系图。
[0017]图4为该光子晶体光纤色散随波长的变化关系图。
【具体实施方式】
[0018]实施例:
一种高双折射低损耗光子晶体光纤，如图1所示，包括纤芯和包层，包层折射率低于纤芯；纤芯5由光纤中心部位的背景材料As2Se34、四个圆孔al和两个圆孔b2共同构成的纤芯高折射率区域，其中圆孔al的直径大于圆孔b2的直径，四个圆孔al和两个圆孔b2在纤芯5处呈两个圆孔al夹一个圆孔b2的两列并行排列的微结构纤芯；包层为包围纤芯且直径相同且呈正八边形周期性排列的圆形空气孔3构成的区域，周期性排列的圆形空气孔3共四层，最内层圆形空气孔3与四个圆孔al外切。
[0019]该实施例中，圆孔al的直径为0.56 μ m、圆孔b2的直径为0.44 μ m ;圆形空气孔3的直径为I μ m、空气孔的间距为1.5 μ m ;两列并行排列圆孔的中心距为0.87 μ m。
[0020]该高双折射低损耗光子晶体光纤的制备方法，步骤如下:
O将一根直径为3mm的As2Se3M料棒研磨成正八棱柱并沿轴线方向钻一个直径为
1.6mm的孔,然后将其放在光纤拉丝塔上拉制成直径为0.08mm的正八棱柱丝,拉丝温度为1800-2000°C ；
2)把上述正八棱柱丝切成长度为25mm的柱丝，然后堆积需要的晶体结构，将其再一次放到光纤拉丝塔中熔合、拉伸，拉制成空气孔间距为1.5μπι，得到更细的纤丝；
3)将上述纤丝堆积成八边形结构，中心用直径相同的实心柱替换，对实心柱采用超声波打孔法来完成微结构纤芯的制作。
[0021]所制得的高双折射低损耗光子晶体光纤可用作制作色散补偿光纤。
[0022]图2为该光子晶体光纤计算得到的两个正交方向上的模式折射率之差，即双折射随波长的变化关系图，图中表明:模式双折射随着波长的增长而增大，在波长1550nm处，双折射达到1.56X IO-1,比普通的光子晶体光纤高出一个数量级。
[0023]图3为该光子晶体光纤计算得到的限制损耗随波长的变化关系图，图中表明:该光子晶体光纤的限制损耗很低，在1550nm处,损耗为6.44278 X l(T6dB/km。
[0024]图4为该光子晶体光纤色散随波长的变化关系图，图中表明:该光子晶体光纤具有大的负色散特性。
【权利要求】
1.一种高双折射低损耗光子晶体光纤，其特征在于:包括纤芯和包层，包层折射率低于纤芯；纤芯由光纤中心部位的背景材料As2Se3、四个圆孔a和两个圆孔b共同构成的纤芯高折射率区域，其中圆孔a的直径大于圆孔b的直径，四个圆孔a和两个圆孔b在纤芯处呈两个圆孔a夹一个圆孔b的两列并行排列的微结构纤芯；包层为包围纤芯且直径相同且呈正八边形周期性排列的圆形空气孔构成的区域，周期性排列的圆形空气孔共四层，最内层圆形空气孔与四个圆孔a外切。
2.根据权利要求1所述高双折射低损耗光子晶体光纤，其特征在于:所述圆孔a的直径为0.56μm、圆孔b的直径为0.44μπι ;圆形空气孔的直径为I μ m、空气孔的间距为1.5 μ m ;两列并行排列圆孔的中心距为0.87 μ m。
3.—种如权利要求1所述高双折射低损耗光子晶体光纤的制备方法，其特征在于步骤如下: O将一根直径为3mm的As2Se3M料棒研磨成正八棱柱并沿轴线方向钻一个直径为1.6mm的孔,然后将其放在光纤拉丝塔上拉制成直径为0.08mm的正八棱柱丝,拉丝温度为1800-2000°C ； 2)把上述正八棱柱丝切成长度为25mm的柱丝，然后堆积需要的晶体结构，将其再一次放到光纤拉丝塔中熔合、拉伸制成空气孔间距为1.5μπι，得到更细的纤丝； 3)将上述纤丝堆积成八边形结构，中心用直径相同的实心柱替换，对实心柱采用超声波打孔法来完成微结构纤芯的制作。
4.一种如权利要求1所述高双折射低损耗光子晶体光纤的应用，其特征在于:用作制作色散补偿光纤。
【文档编号】G02B6/02GK103529510SQ201310489988
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】曹晔, 赵舜, 童峥嵘 申请人:天津理工大学