一种高双折射色散可调光子晶体光纤的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光子晶体光纤领域，尤其涉及一种高双折射、低限制损耗且色散可调 的光子晶体光纤。
【背景技术】
[0002] 传统的光子晶体光纤，通常由二氧化硅缺陷纤芯和一系列周期性空气孔排列的包 层组成。包层的有效折射率可以看作是空气孔和二氧化硅背景材料的平均值，由于纤芯折 射率大于包层折射率，光信号可以通过全内反射的形式在缺陷纤芯中传导。
[0003] 在纤维光学中，高双折射可以有效地减小偏振耦合来保持光信号的线性偏振态。 传统的保偏光纤通过在光纤中引入应力或几何不对称性产生双折射，通常产生的双折射小 (约ΚΓ 4)、制作工艺复杂且稳定性差；光子晶体光纤因其结构灵活可控的优点，使用单一材 料就可以产生极高的双折射，满足偏振依赖光学系统的进一步需求，近年来被广泛地研宄。 2〇〇〇年英国Bath大学采用减少一排空气孔的方法制作出了首根高双折射光子晶体光纤， 获得了高达 3.7ΧΚΓ3 的双折射（Blanch A 0· Opt Lett 2000; 25:1325-1327·)。随后接 连出现多种方法实现光纤的非对称性结构，其中矩形栅格结构被认为比三角形栅格结构和 蜂巢栅格结构具备潜在的更强的各向异性（Chen M Y. Opt A 2004; 6:997-1000. XA. H. Bouk等人验证了传统矩形栅格光子晶光纤具备KT3量级的高双折射，并在波长I. 55Mffl处 获得了负色散和负色散斜率（Bouk A H. Opt Express 2004; 12:941-946. )。2009年韩国 朝鲜大学通过在传统矩形栅格光子晶体光纤中相邻两行的每隔一个空气孔之间插入一个 新的空气孔形成新型的光子晶体光纤（Kim S. Opt Lett 2009; 17:7952)，理论研宄表明 该光子晶体光纤的双折射比传统矩形栅格光子晶体光纤高一个数量级，并且通过调节结构 参数可获得-275ps/km · nm的大负色散，但还是满足不了光学的进一步需求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的，在于提供一种高双折射、低限制损耗且色散可调的光子晶体光纤。
[0005] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是： 一种高双折射色散可调光子晶体光纤，包括基底材料、纤芯和介质孔，基底材料填充在 介质孔周围，所述介质孔包括矩形排列介质孔和正三角形栅格排列介质孔，纤芯、矩形排列 介质孔和正三角形栅格排列介质孔由内至外分布； 定义光纤端面的中心为圆心，X轴与矩形排列介质孔所对应矩形的长边方向平行，Y轴 与矩形排列介质孔所对应矩形的短边方向平行，且X轴和Y轴均经过圆心，所述纤芯、矩形 排列介质孔和正三角形栅格排列介质孔分别关于圆心对称，矩形的长边有五个介质孔，短 边有三个介质孔，正三角形栅格排列介质孔中与矩形的长边的第二和第四个介质孔在Y轴 方向相邻的位置无介质孔； 其中，矩形的长边方向相邻孔间距和正三角形栅格排列介质孔的相邻孔间距相等，矩 形的短边方向相邻介质孔间距与长边方向相邻介质孔间距的比值为#，且X轴上矩形排 列介质孔和其相邻的正三角形栅格排列介质孔的间距与矩形的长边方向相邻介质孔间距 相等，Y轴上矩形排列介质孔和其相邻的正三角形栅格排列介质孔的间距与矩形的短边方 向相邻介质孔间距相等。
[0006] 进一步的，所述介质孔是空气孔。
[0007] 进一步的，所述介质孔是由高折射率材料填充的介质孔。
[0008] 进一步的，所述介质孔形状是圆形或椭圆形。
[0009] 进一步的，所述介质孔在光纤端面的水平对称轴上的数目为6-18个。
[0010] 进一步的，光纤的基底材料采用纯石英、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、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，本发明采用正三角形栅格排列介质孔和矩形排列介质孔的分 布，实现高双折射、低限制损耗且色散可调的光子晶体光纤。
【附图说明】
[0012] 图Ia为具体实施例的高双折射色散可调光子晶体光纤的横截面示意图。
[0013] 图Ib为图Ia虚框内的矩形排列介质孔的结构放大图。
[0014] 图2a为当基质材料和纤芯同为纯石英且Λ=1 μ m、d/Λ=〇. 8时，双折射随波长的 变化曲线图。
[0015] 图2b为当基质材料和纤芯同为纯石英且Λ=1 μ m、d/Λ =0. 8时，本发明的基模X、 Y偏振方向的限制损耗随波长的变化曲线图。
[0016] 图3a为当基质材料和纤芯同为纯石英且Λ=〇. 8 μ m、d/Λ=〇. 8时，本发明的基模 X、Y偏振方向的色散参数随波长的变化曲线图。
[0017] 图3b为当基质材料和纤芯同为纯石英且Λ =1.2 μ m、d/Λ =0.7时基模X、Y偏振方 向的色散参数随波长的变化曲线图。
[0018] 图4a为当基质材料和纤芯同为蹄酸盐且Λ =2. 0 μ m、d/Λ =0. 8时，本发明的双折 射随波长的变化曲线图。
[0019] 图4b为当基质材料和纤芯同为碲酸盐且Λ =2.0 μ m、d/Λ =0.8时，本发明的基模 X、Y偏振方向的色散参数随波长的变化曲线图。
[0020] 图5a为当基质材料和纤芯同为聚甲基丙稀酸甲醋且Λ=1. 0 μηι、d/A=〇. 8时，本 发明的双折射随波长的变化曲线图。
[0021] 图5b为当基质材料和纤芯同为聚甲基丙稀酸甲醋且A=L 〇 μηι、d/A=〇. 8时，本 发明的基模X、Y偏振方向的色散参数随波长的变化曲线图。
【具体实施方式】
[0022] 以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0023] 如图Ia所示，一种高双折射色散可调光子晶体光纤包括基底材料1、纤芯2和介质 孔〇,基底材料1填充在介质孔〇周围，所述介质孔〇包括矩形排列介质孔3和正三角形栅 格排列介质孔4,纤芯2、矩形排列介质孔3和正三角形栅格排列介质孔4由内至外分布。
[0024] 定义光纤端面的中心为圆心，X轴与矩形排列介质孔3所对应矩形的长边方向平 行，Y轴与矩形排列介质孔3所对应矩形的短边方向平行，且X轴和Y轴均经过圆心，所述纤 芯2、矩形排列介质孔3和正三角形栅格排列介质孔4分别关于圆心对称，矩形的长边有五 个介质孔，短边有三个介质孔，正三角形栅格排列介质孔4中与矩形的长边的第二和第四 个介质孔在Y轴方向相邻的位置无介质孔；其中，矩形的长边方向相邻孔间距和正三角形 栅格排列介质孔4的相邻孔间距相等，矩形的短边方向相邻介质孔间距与长边方向相邻介 质孔间距的比值为f，且X轴上矩形排列介质孔3和其相邻的正三角形栅格排列介质孔4 的间距与矩形的长边方向相邻介质孔间距相等，Y轴上矩形排列介质孔和其相邻的正三角 形栅格排列介质孔4的间距与矩形的短边方向相邻介质孔间距相等。
[0025] 如图la、Ib所示，光纤的介质孔0是圆形空气孔，孔直径为d，三角形栅格排列空气 孔的相邻孔间距为Λ，矩形排列空气孔3所对应矩形的短边方向相邻空气孔间距为A1，并 且介质孔在光纤端面的水平对称轴上的数目为10个。
[0026] 根据所述光纤的基底材料和纤芯的材料的不同，分别给出以下三个实施例： 实施例1 :所述光纤的基底材料1和纤芯2同为纯石英。
[0027] 如图2a、2b所示，可以看出本发明双折射和限制损耗特性。双折射光子晶体光 纤作为一种特种光纤，其应用早已超出了光通信的范畴，在光纤激光器、光纤传感、集成光 学信息处理等领域也发挥出重要的作用，同时，低的限制损耗是光纤器件性能中至关重 要的因素。当A=I ym、d