一种双芯光子晶体光纤的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光纤技术领域，具体涉及一种双芯光子晶体光纤。
【背景技术】
[0002] 近年来，双芯光子晶体光纤（DC-PCF)的研究也是光子晶体光纤（PCF)研究工作 的重要组成部分，其高双折射特性、色散特性、非线性特性、耦合等特性已被广泛研究，其中 耦合特性是非常重要的特性，在很多光学器件中有很重要的应用，如：光纤耦合器、模式转 换器、偏振分束器、波分复用器及光开关等。如付博等设计的DC-PCF具有较短的耦合长度 和高保偏度，该光纤对微型光子器件的研发具有参考价值。李丹等设计了一种高双折射 DC-PCF，通过结构参数的优化，DC-PCF的双折射可以达到10_2量级，耦合长度为0. 1367mm， 获得了较宽的色散平坦度。K. Saitoh等基于有限元法研究了 DC-PCF不同波长光束的耦合 特性。H. L Li等基于全矢量有限元法研究了非对称DC-PCF的耦合特性，成功设计了双芯单 偏振单模光子晶体光纤。Y. Ni等设计了一种新型双芯光子晶体色散补偿光纤，该光纤在波 长1. 551 μ m处，最大负色散值达-18000ps/nm*km。2008年，C. P. Yu等对液态填充DC-PCF 的色散补偿特性进行了深入的研究，通过改变PCF的结构参数和填充液态物质，获得了期 望的相位匹配波长和色散值，其在1. 55 μ m处，最大负色散值达-19000ps/nm*km。2011年， D. C. Zografopoulos等设计了一种新型同轴DC-PCF，通过对结构参数的优化，最终对其偏 振模色散进行了有效的调节。JUalgueiro等研究了 DC-PCF耦合器的非线性效应。PCF 偏振分束器在光通信系统中非常有用。目前，基于DC-PCF的各种类型的偏振分束器已被报 道。N. Florous等设计了基于DC-PCF的偏振分束器，其可被用于1. 33/1. 55 μ m波分复用器 (Wavelength Division Multiplexing，简写为WDMXD. Mao等基于全矢量有限兀法和半矢 量3D光束传播法对全固态PCF的特性进行分析，获得了长度为6. 8_的偏振分束器，当消 光比小于-20dB时，该偏振分束器的工作带宽为15nm。L. Zhang等利用双折射原理设计了 一种新型DC-PCF偏振分束器，该分束器具有长度短、高消光比及宽带宽等优势。文科等基 于全矢量光束传播法分析了矩形点阵椭圆空气孔包层的DC-PCF，设计了一种较短长度的偏 振分束器，该分束器在1. 55 μ m波长处，实现偏振状态的隔尚所需的光纤长度仅I. 055mm， 消光比达-16.9dB，当消光比<-16dB时，该偏振分束器的带宽为270nm。S. Liu等基于有 限元法设计了一种亚碲酸盐玻璃DC-PCF偏振分束器，当工作波长为1. 55 μ m时，该分束器 长度仅为〇. 36mm，当消光比大于-IOdB时，该分束器的带宽为20nm。
[0003] 光纤模式转换器可以实现光纤中不同模式场之间的转换，它是光通信系统中非常 重要的光学器件，可以借助DC-PCF加以实现。如孙兵等对模式有效折射率与光纤结构参 数之间的关系进行分析，获得了相位匹配条件，实现了低损耗与宽带宽的模式转换（LP tll模 和LPjt之间的转换)。此外，PCF双芯耦合在传感领域也具有非常重要的应用。当DC-PCF 的两芯满足相位匹配条件时，纤芯间的能量可以发生周期性的转化。自从DC-PCF首次制 作成功以来，很多研究者将其应用到曲率传感、温度传感、生物传感等方面。2001年，W. N. MacPherson等利用DC-PCF成功设计了双光束干涉仪，该干涉仪记录了包含曲率信息的相 位特性，从而实现了曲率传感。孙兵基于光束传播法设计了 DC-PCF生物传感器，背景材料 为聚甲基丙烯酸甲酯聚合物，研究发现：薄膜厚度每变化一个nm，能量峰值移动5. 3nm，即 灵敏度为5. 3nm/nm。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种双芯光子晶体光纤， 具有高双折射和C波段呈现负色散和负色散斜率特性，非常适合制作偏振分束器和与偏振 无关的耦合器。
[0005] 本实用新型为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种双芯光子晶 体光纤，包括纤芯和包层，包层由均布空气孔的背景材料构成，其特征在于：所述包层具有 由上而下呈周期性排列的多行空气孔，其中，奇数行的空气孔数量为偶数行的空气孔数量 的两倍，纤芯由中心轴两侧的两行空气孔位于中间位置的空气孔缺失形成。
[0006] 所述空气孔的直径为d，奇数行的空气孔间隔为Λ，偶数行的空气孔间隔为Λ /2， 相对孔间隔比f=d/ Λ，Λ为2·0μπι，f为0.4。
[0007] 所述背景材料折射率为1. 45。
[0008] 本实用新型的双芯光子晶体光纤，具有高双折射和C波段呈现负色散和负色散斜 率特性，非常适合制作偏振分束器和与偏振无关的耦合器。
【附图说明】
[0009] 图1是本实用新型光子晶体光纤的横截面示意图；
[0010] 图2是本实用新型光子晶体光纤的X-偏振方向与y_偏振方向耦合长度随波长的 变化关系图；
[0011] 图3是本实用新型光子晶体光纤的归一化传输功率随传输距离的变化关系图；
[0012] 图4是本实用新型光子晶体光纤的归一化传输功率随波长的变化关系图；
[0013] 图5是本实用新型光子晶体光纤的归一化传输功率消光比与波长的变化关系 图；
[0014] 图中标记：1、空气孔，2、纤芯。
【具体实施方式】
[0015] 如图1所示，一种双芯光子晶体光纤，包括纤芯和包层，包层由均布空气孔的背景 材料构成，纤芯为石英，背景材料为纯石英材料，所述包层具有由上而下呈周期性排列的多 行空气孔，其中，奇数行的空气孔数量为偶数行的空气孔数量的两倍，纤芯由中心轴两侧的 两行空气孔位于中间位置的空气孔缺失形成。所述空气孔的直径为d，奇数行的空气孔间 隔为Λ，偶数行的空气孔间隔为Λ /2,相对孔间隔比f=d/ Λ，所述空气孔的折射率为1. 0， 背景材料折射率为1. 45。当Λ =2. Oynuf=O. 4时，采用全矢量平面波法计算得到该DC-PCF 的X-偏振方向与Y-偏振方向的耦合长度Lx和Ly分别为0. 09225mm、0. 08134mm。当 L=8Lx=9Ly=732. 2 μ m时，可以实现两偏振光的分离，可以制作偏振分束器。当L=16Lx=18Ly 时，两偏振光又在DC-PCF的同一个纤芯中发生稱合，可以制作与偏振无关的稱合器。
[0016] 图2采用光束传播法数值计算该DC-PCF的X-偏振方向与Y-偏振方向的耦合长度 Lx和Ly分别为0. 1223mm、0. 0985mm。图3给出了，在波长I. 55 μ m处，DC-PCF的归一化功率 随传输距离的变化关系，其中Λ =2. 0 μ m，f=0. 4。从3图可以看出，当L=8Lx=9Ly=732. 2 μ m 时，从纤芯A入射基模模场光功率，经过一个光纤长度后，实现了 X，Y-偏振光功率的分离。 此时，X-偏振模场光功率处于纤芯A，而Y-偏振模场光功率完全可以进入纤芯B中，可以实 现两偏振光的分离。
[0017] 图4给出了，在1.40 μ m-1. 65 μ m范围内，DC-PCF的归一化传输功率随波长的变 化关系。从图4可见，X-偏振和Y-偏振的归一化功率随波长呈现周期性变化。为了更清 楚了解通过偏振分束器的X，Y-偏振方向的光的分离效果，消光比是一个非常重要的参数。 ER越大，说明分离效果越好。图5给出了 X与Y-两偏振光的分离效果。从图5可见，消光 比达到-IOdB时，DC-PCF的带宽大约为15. 6nm。
[0018] 本实用新型的双芯光子晶体光纤，具有高双折射和C波段呈现负色散和负色散斜 率特性，非常适合制作偏振分束器和与偏振无关的耦合器。
【主权项】
1. 一种双芯光子晶体光纤，包括纤芯和包层，包层由均布空气孔的背景材料构成，其特 征在于：所述包层具有由上而下呈周期性排列的多行空气孔，其中，奇数行的空气孔数量为 偶数行的空气孔数量的两倍，纤芯由中心轴两侧的两行空气孔位于中间位置的空气孔缺失 形成。
2. 如权利要求1所述的一种双芯光子晶体光纤，其特征在于：所述空气孔的直径为 d，奇数行的空气孔间隔为八，偶数行的空气孔间隔为八/2,相对孔间隔比f=d/八，八为 2. O u m，f 为 0? 4。
3. 如权利要求1所述的一种双芯光子晶体光纤，其特征在于：所述空气孔的折射率为 1.0,背景材料折射率为1.45。
【专利摘要】本实用新型涉及一种双芯光子晶体光纤，包括纤芯和包层，包层由均布空气孔的背景材料构成，其特征在于：所述包层具有由上而下呈周期性排列的多行空气孔，其中，奇数行的空气孔数量为偶数行的空气孔数量的两倍，纤芯由中心轴两侧的两行空气孔位于中间位置的空气孔缺失形成。本实用新型的双芯光子晶体光纤，具有高双折射和C波段呈现负色散和负色散斜率特性，非常适合制作偏振分束器和与偏振无关的耦合器。
【IPC分类】G02B6-02
【公开号】CN204314499
【申请号】CN201520001254
【发明人】许强
【申请人】宝鸡文理学院
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月4日