專利名稱：色散平坦光子晶體光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有高非線性和小正常色散值的色散平坦光子晶體光纖。
背景技術(shù)：
在高速、大容量光纖通信網(wǎng)中，為了獲得更大的通信容量，目前的趨勢是將波分復用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)技術(shù)與光時分復用(Optical Time Division Multiplexing, OTDM)技術(shù)相結(jié)合，即用OTDM技術(shù)來提高WDM系統(tǒng)的單信道容量。 這種光通信方式的關(guān)鍵技術(shù)是如何獲得高重復率、多波長的超短光脈沖源。當前WDM系統(tǒng)采用的光源大多是與信道數(shù)相同的半導體激光器，價格昂貴且系統(tǒng)體系復雜。光子晶體光纖[1]，又稱為微結(jié)構(gòu)光纖或多孔光纖，是近年來迅速發(fā)展的一種具有較高科研價值并引起廣泛關(guān)注的新型光纖，其沿光纖軸向按照一定規(guī)律分布著延伸的空氣孔。通過合理設(shè)計光子晶體光纖的橫向結(jié)構(gòu)，可以獲得高的非線性系數(shù)和適當?shù)纳⑻卣鳎?是產(chǎn)生超連續(xù)譜的優(yōu)良介質(zhì)[2’3]。對于超連續(xù)譜光源，光譜的寬度和平坦度是衡量光譜質(zhì)量的兩個重要因素，特別是對于WDM光通信系統(tǒng)，它要求在很寬的波段范圍內(nèi)提供功率均衡的多波長信道，而1. 55 μ m光通信波段、寬帶、平坦的超連續(xù)譜既能滿足帶寬的要求，又減少了功率均衡的技術(shù)難度。因此為適應(yīng)WDM系統(tǒng)中的要求非常有必要研制具有高非線性和小正常色散值的色散平坦光子晶體光纖。上面提到的參考文獻如下[1] J. C. Knight, Τ. A. Birks, P. S. J. Russell, "All-cilica single-modeoptical fiber with photonics crystal cladding”，Opt. Lett.，V. 21 (19)，1996，1547-1549.[2]Xu Yong-Zhao, Ren Xiao-Min, Zhang Xia, Huang Yong-Qing, "Flat supercontinuum generated in a single-mode optical fibre with a new chromatic dispersion profile", Chin. Phys. Lett.，V. 22 (8)，2005，1923—1926.[3]Y. Xu, X. Ren, Ζ. Wang, Χ. Zhang and Y. Huang, "Flatly broadened supercontinuum generation at 10 Gbit/s using dispersion-flattened photonic crystal fibre with small normal dispersion，，, Electron. Lett. ,V. 43 (2), 2007,87-88。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提供一種具有高非線性和小正常色散值的色散平坦光子晶體光纖，以適應(yīng)不同泵浦波長的高功率脈沖激光器，并與高功率脈沖激光器結(jié)合構(gòu)成1. 55 μ m通信波段、寬帶、平坦的超連續(xù)譜光源。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種色散平坦光子晶體光纖，該光纖的包層由多層位于正六邊形網(wǎng)格結(jié)點上的空氣孔構(gòu)成，第一層空氣孔半徑為Cl1，第四層空氣孔半徑為d4，其他層空氣孔半徑為d，相鄰空氣孔的孔中心距為Λ，其中，(11<(1<人且(14<(1 < A ；該光纖的纖芯為雙層纖芯結(jié)構(gòu)，內(nèi)層纖芯是由正六邊形網(wǎng)格結(jié)點上的空氣孔的缺失形成的高折射率芯區(qū)，外層纖芯是由第四層空氣孔直徑減小形成的高折射率芯區(qū)。優(yōu)選地，d4/A與Cl1/Λ的取值范圍均為0. 38-0. 45優(yōu)選地，d/A的取值范圍為0. 75-0. 82。優(yōu)選地，所述第四層空氣孔半徑d4等于所述第一層空氣孔半徑屯。優(yōu)選地，所述多層位于正六邊形網(wǎng)格結(jié)點上的空氣孔為8-10層位于正六邊形網(wǎng)格結(jié)點上的空氣孔。優(yōu)選地，所述位于正六邊形網(wǎng)格結(jié)點上的空氣孔的形狀為圓形。優(yōu)選地，所述光纖的基底為石英材料。。(三)有益效果本發(fā)明通過提出了一種具有高非線性和小正常色散值的色散平坦光子晶體光纖， 具有以下有益效果(1)通過同時減小第一層和第四層空氣孔的直徑形成雙芯結(jié)構(gòu)光子晶體光纖，使得該光子晶體光纖具有小的正常色散值和拋物線型的平坦色散特性，同時具有較高的非線性特性；(2)將具有高非線性和小正常色散的色散平坦光子晶體光纖與高功率脈沖激光器結(jié)合，能夠構(gòu)成1. 55 μ m通信波段、寬帶、平坦的超連續(xù)譜光源，并可大大縮短所用光纖的長度；(3)通過調(diào)整兩種空氣孔直徑和相鄰空氣孔的孔中心間距，可以方便地調(diào)整光纖的最近零色散波長，以適應(yīng)不同泵浦波長的高功率脈沖激光器。


圖1是本發(fā)明所述色散平坦光子晶體光纖橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例1中色散平坦光子晶體光纖的色散曲線圖；圖3是本發(fā)明實施例1的所述色散平坦光子晶體光纖在1. 55 μ m通信波段產(chǎn)生的超連續(xù)譜示意圖；圖4是本發(fā)明實施例2中色散平坦光子晶體光纖的色散曲線圖。其中，1 :內(nèi)層纖芯；2 外層纖芯汍第一層空氣孔半徑；d2 第二層空氣孔半徑； d3 第三層空氣孔半徑;d4 第四層空氣孔半徑；A 相鄰空氣孔的孔中心間距。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。圖1是本發(fā)明所述色散平坦光子晶體光纖橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，其中，第一層空氣孔半徑Cl1與第四層空氣孔半徑d4相等；第二層空氣孔半徑d2和第三層空氣孔半徑(13都等于一個常數(shù)d;該光纖的包層由多層(例如8-10層)位于正六邊形網(wǎng)格結(jié)點上的圓形空氣孔構(gòu)成，相鄰空氣孔的中心距為人；(14<(1<人且(11<(1<人；d4/A與Cl1/ A的取值范圍均為0.38-0. 45 ;d/Λ的取值范圍為0. 75_0. 82。光纖的纖芯為雙層纖芯結(jié)構(gòu)，內(nèi)層纖芯是由六邊形網(wǎng)格結(jié)點上的孔的缺失形成的高折射率芯區(qū)，外層纖芯是由第四層空氣孔直徑減小形成的高折射率芯區(qū)；。本發(fā)明所述的具有高非線性和小正常色散值的色散平坦光子晶體光纖通過降低第一層空氣孔直徑Cl1和第四層空氣孔直徑d4影響有效折射率，進而影響光纖的色散和色散斜率，可以在獲得小正常色散值和平坦色散的同時具有高的非線性特性；所述具有高非線性和小正常色散值的色散平坦光子晶體光纖基底采用純石英材料；通過調(diào)節(jié)空氣孔的孔中心間距Λ和 空氣孔直徑Cl1和(1可以調(diào)整最大色散值的位置，以適應(yīng)不同泵浦波長的高功率脈沖激光器。實施例1對于石英材料，光子晶體光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)Λ = 0. 87 UmjCl1/A = d4/ Λ = 0· 40，其它層空氣孔直徑滿足d/Λ =0.82，相應(yīng)的色散曲線如圖2所示。色散曲線呈現(xiàn)如下特點(1)在1450nm至1650nm的波長范圍內(nèi)，光子晶體光纖的色散值介于-1. 65 -0. 335ps/nm/km范圍內(nèi)，具有色散平坦特性；(2)呈現(xiàn)拋物線型；(3)最大色散值對應(yīng)的波長為1550nm。在1550nm波長處的非線性系數(shù)為33. SW1-—1。當短脈沖激光器的入射波長為 1550nm,脈沖半高全寬為1. 6ps，泵浦功率為20dBm、25dBm、26dBm和29dBm時，通過80m長的該色散平坦光子晶體光纖傳輸后產(chǎn)生的超連續(xù)譜，如圖3所示。當泵浦功率為29dBm時，可在1. 55 μ m通信波段產(chǎn)生3dB帶寬為125nm(1496nm-1621nm)的平坦超連續(xù)譜，所述3dB帶寬是比峰值功率小3dB(即峰值的50% )時的頻譜范圍的帶寬。實施例2對于石英材料，光子晶體光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)Λ = 0. 82 UmjCl1/A = d4/ Λ = 0· 39，其它層空氣孔直徑滿足d/Λ =0.81，相應(yīng)的色散曲線如圖4所示。色散曲線呈現(xiàn)如下特點(1)在1400nm至1600nm的波長范圍內(nèi)，光子晶體光纖的色散值介于-11. 2 -7. 8ps/nm/km范圍內(nèi)，具有色散平坦特性；(2)呈現(xiàn)拋物線型；(3)最大色散值對應(yīng)的波長為1450nm。在1450nm波長處的非線性系數(shù)為40. Sff^km"10下面簡述本發(fā)明的色散平坦光子晶體光纖的拉制方法。色散平坦光子晶體光纖的拉制方法采用現(xiàn)有的毛細管堆砌拉制技術(shù)。首先將石英預(yù)制棒磨成六角形狀，并將中心掏空，然后在拉絲塔中拉成外徑約0. 8 2mm的空心毛細管；然后按設(shè)計要求尺寸的比例選擇石英棒和石英管堆積成型，外加耐高溫的金屬細絲將其扎緊或用套管將其固定；最后在光纖拉絲塔上拉制成合格的光子晶體光纖。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種色散平坦光子晶體光纖，其特征在于，該光纖的包層由多層位于正六邊形網(wǎng)格結(jié)點上的空氣孔構(gòu)成，第一層空氣孔半徑為Cl1,第四層空氣孔半徑為d4，其他層空氣孔半徑為d，相鄰空氣孔的孔中心間距為Λ，其中，(11<(1<人且(14<(1<人；該光纖的纖芯為雙層纖芯結(jié)構(gòu)，內(nèi)層纖芯是由正六邊形網(wǎng)格結(jié)點上的空氣孔的缺失形成的高折射率芯區(qū)， 外層纖芯是由第四層空氣孔直徑減小形成的高折射率芯區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的色散平坦光子晶體光纖，其特征在于，d4/Λ與屯/Λ的取值范圍均為 0. 38-0. 45。
3.如權(quán)利要求1所述的色散平坦光子晶體光纖，其特征在于，d/A的取值范圍為 0. 75-0. 82。
4.如權(quán)利要求1所述的色散平坦光子晶體光纖，其特征在于，所述第四層空氣孔半徑 d4等于所述第一層空氣孔半徑Cl1。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的色散平坦光子晶體光纖，其特征在于，所述多層位于正六邊形網(wǎng)格結(jié)點上的空氣孔為8-10層位于正六邊形網(wǎng)格結(jié)點上的空氣孔。
6.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的色散平坦光子晶體光纖，其特征在于，所述位于正六邊形網(wǎng)格結(jié)點上的空氣孔的形狀為圓形。
7.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的色散平坦光子晶體光纖，其特征在于，所述光纖的基底為石英材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種色散平坦光子晶體光纖，該光纖的包層由多層位于正六邊形網(wǎng)格結(jié)點上的空氣孔構(gòu)成，第一層空氣孔半徑為d1，第四層空氣孔半徑為d4，其他層空氣孔半徑為d，相鄰空氣孔的中心距為Λ，其中，d1＜d＜Λ且d4＜d＜Λ；該光纖的纖芯為雙層纖芯結(jié)構(gòu)，內(nèi)層纖芯是由六邊形網(wǎng)格結(jié)點上的孔的缺失形成的高折射率芯區(qū)，外層纖芯是由第四層空氣孔直徑減小形成的高折射率芯區(qū)。應(yīng)用本發(fā)明的具有高非線性和小正常色散值的色散平坦光子晶體光纖，可以適應(yīng)不同泵浦波長的高功率脈沖激光器，并與高功率脈沖激光器結(jié)合構(gòu)成1.55μm通信波段、寬帶、平坦的超連續(xù)譜光源。
文檔編號G02B6/02GK102401934SQ201010279640
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者任曉敏, 張霞, 徐永釗, 施雷, 王亞苗, 鄭龍, 黃永清 申請人:北京郵電大學