双芯空心反谐振光纤及偏振分束器的构建方法与流程

本技术涉及光纤，尤其涉及双芯空心反谐振光纤及偏振分束器的构建方法。

背景技术：

1、偏振分束器可以将光分成两束单一偏振态的光，是光通信系统中的基础光器件。基于光消逝场在两纤芯间的耦合，双芯光纤可以实现对光功率、波长以及光偏振态等多重选择的分束合束器件。传统结构双芯光纤，制作难度较大，对制作工艺条件的要求高，结构可变参数少，纤芯与包层折射率差可变范围小，波长和偏振依赖性强。因此，基于传统双芯光纤制作的分束合束器带宽窄、器件长度长，同时具有很强的波长和偏振依赖性，难以满足超大容量、超高速率及超低损耗的全光网络的发展需求。

2、同时，相较于实芯光纤，空芯光纤具有更小的色散和非线性系数，可以广泛应用于超短脉冲或高功率激光传输、中红外传输、光纤陀螺和太赫兹等领域。此外，空芯光纤可以填充气体和液体，在脉冲压缩、超连续光谱产生、光纤传感以及新型光器件开发等方面具有广阔的应用前景。

3、2002年，一种具有kagome包层结构的空心微结构光纤被提出，其结构虽类似于光子带隙光纤，但对包层周期性要求并不严格，大大降低了制作难度。kagome空心微结构光纤的导光机制是基于限制耦合理论，因此被称为空心反谐振光纤。该光纤的出现不仅为降低空心微结构光纤制作难度提供了新的途径，还为空心微结构光纤器件性能提高和结构创新提供了一种新的有效途径。2017年，双芯空芯反谐振光纤被首次制作出，通过实验测试该光纤的耦合特性，结果表明该光纤耦合长度长达35cm。考虑到双芯空心反谐振光纤在实际系统中的应用要求，宽的带宽、短的器件长度、高的分光比以及单模运转是设计时需要考虑的重要因素。

4、目前，双芯空心微结构光纤偏振分束器主要基于带隙型微结构光纤，两纤芯间能量耦合较难实现，且带隙形成所需的严苛条件提高了光纤制作难度。空芯反谐振光纤，较之空芯光子带隙光纤，对包层周期性结构要求和制作难度低，结构设计灵活。现有的双芯空心反谐振光纤偏振分束器，由于双芯空心反谐振光纤的两对称纤芯距离过长，进而会导致双芯空心反谐振光纤偏振分束器的整体长度变长，使得其使用场景受限，并会提高其生产成本。

技术实现思路

1、鉴于此，本技术实施例提供了一种双芯空心反谐振光纤，包括：内包层组件，以及，套设在所述内包层组件之外的外包层圆管；

2、所述内包层组件包括：互相之间非接触式平行设置的两个椭圆管和两个第一圆管组件，且每个所述椭圆管内均设有第二圆管组件；各个所述椭圆管和各个所述第一圆管组件均与所述外包层圆管相切；

3、两个所述椭圆管的横截面以y轴为对称轴呈镜像对称，且两个所述椭圆管的长轴均沿x轴延伸以将所述外包层圆管的内部划分为两个对称的纤芯区，其中，所述x轴和y轴对应的直角坐标系原点为所述双芯空心反谐振光纤的横截面的圆心；

4、两个所述第一圆管组件分别位于两个所述纤芯区内，且两个所述第一圆管组件的横截面以x轴为对称轴呈镜像对称。

5、进一步地，所述第一圆管组件包括：互相之间非接触式平行设置的两个第一圆管和两个第二圆管，且所述第一圆管的内径大于所述第二圆管的内径；

6、两个所述第二圆管间隔设置在两个所述第一圆管之间，且每个所述第一圆管和第二圆管均与所述外包层圆管相切。

7、进一步地，所述第二圆管组件包括：互相之间非接触式平行设置的两个第三圆管，且所述第三圆管的内径小于所述第二圆管的内径；

8、两个所述第三圆管以自身所在的所述椭圆管的长轴为对称轴呈镜像对称，且每个所述第三圆管均沿所述椭圆管的短轴延伸，每个所述第三圆管的内壁均与所述椭圆管相切。

9、进一步地，所述第二圆管的内径、所述第一圆管的内径、所述第三圆管的内径、所述椭圆管的长轴、短轴和椭圆率分别预先基于各自对所述双芯空心反谐振光纤的特性影响数据而确定。

10、进一步地，所述第二圆管的内径d1为12.2μm；所述第一圆管的内径d2为14.6μm；所述第三圆管的内径ds为4μm；

11、所述椭圆管的长轴da为28.8μm，短轴db为10μm，椭圆率e为0.35。

12、进一步地，所述外包层圆管的内半径、以及所述第二圆管、第一圆管、第三圆管和椭圆管的管壁厚度预先基于所述双芯空心反谐振光纤的尺寸、耦合长度及工作波长范围确定。

13、进一步地，所述外包层圆管的内半径rn为30μm；

14、所述第二圆管、第一圆管、第三圆管和椭圆管的管壁厚度t相同，均为0.53μm。

15、本技术的另一个方面提供了一种宽带双芯空心反谐振光纤偏振分束器的构建方法，包括：

16、将所述的双芯空心反谐振光纤的各个结构参数分别划分至第一结构参数组和第二结构参数组中；

17、针对所述第一结构参数组中的结构参数，以各个结构参数分别对所述双芯空心反谐振光纤的特性影响数据对各个结构参数进行赋值；并对所述第二结构参数组中的结构参数进行赋值，以得到包含有结构参数赋值后的所述双芯空心反谐振光纤的宽带双芯空心反谐振光纤偏振分束器。

18、进一步地，所述第一圆管组件包括：互相之间非接触式平行设置的两个第一圆管和两个第二圆管；所述第二圆管组件包括：互相之间非接触式平行设置的两个第三圆管；

19、所述第一结构参数组包括：所述第二圆管的内径d1、所述第一圆管的内径d2、所述第三圆管的内径ds、所述椭圆管的长轴da和椭圆率e；

20、相对应的，所述针对所述第一结构参数组中的结构参数，以各个结构参数分别对所述双芯空心反谐振光纤的特性影响数据对各个结构参数进行赋值，包括：

21、为所述第二圆管的内径d1、所述第一圆管的内径d2、所述第三圆管的内径ds、所述椭圆管的长轴da和椭圆率e分别设置初始值；

22、赋值步骤：在所述第一结构参数组中的各个结构参数中择一作为当前的目标参数，并固定其他结构参数的初始值；为目标参数依次赋不同的值，并针对目标参数的每一个值和其他结构参数的初始值，均采用基于有限单元法的多物理场仿真方式对所述双芯空心反谐振光纤进行仿真模拟计算，以得到所述目标参数的每一个值对所述双芯空心反谐振光纤的特性影响数据，并基于该特性影响数据在所述目标参数的各个值中选取最优值，将所述目标参数的取值确定为该最优值；

23、判断当前所述第一结构参数组中各个结构参数是否均已被赋予最优值，若否，则返回执行所述赋值步骤，直至所述第一结构参数组中的所有结构参数均已被赋予各自对应的最优值。

24、进一步地，所述第二结构参数组包括：所述外包层圆管的内半径rn、以及所述第二圆管、第一圆管、第三圆管和椭圆管的相同的管壁厚度t；

25、相对应的，所述对所述第二结构参数组中的结构参数进行赋值，包括：

26、基于预获取的所述双芯空心反谐振光纤的尺寸、耦合长度及工作波长范围数据，分别确定所述外包层圆管的内半径rn和管壁厚度t的值。

27、本技术提供的双芯空心反谐振光纤，包括：内包层组件，以及，套设在所述内包层组件之外的外包层圆管；所述内包层组件包括：互相之间非接触式平行设置的两个椭圆管和两个第一圆管组件，且每个所述椭圆管内均设有第二圆管组件；各个所述椭圆管和各个所述第一圆管组件均与所述外包层圆管相切；两个所述椭圆管的横截面以y轴为对称轴呈镜像对称，且两个所述椭圆管的长轴均沿x轴延伸以将所述外包层圆管的内部划分为两个对称的纤芯区，其中，所述x轴和y轴对应的直角坐标系原点为所述双芯空心反谐振光纤的横截面的圆心；两个所述第一圆管组件分别位于两个所述纤芯区内，且两个所述第一圆管组件的横截面以x轴为对称轴呈镜像对称，能够有效解决双芯空心反谐振光纤的两对称纤芯因距离过长而导致的双芯空心反谐振光纤偏振分束器的整体长度变长等问题，能够有效缩短双芯空心反谐振光纤的两对称纤芯的距离，进而能够有效降低双芯空心反谐振光纤偏振分束器的整体长度，实现超宽工作带宽以及良好单模运转特性，能够提高偏振分束器的适用广泛性。

28、本技术的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本技术的实践而获知。本技术的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

29、本领域技术人员将会理解的是，能够用本技术实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本技术能够实现的上述和其他目的。